Валентные электроны. Основное и возбуждённое состояния

Валентные электроны — те, что участвуют в образовании химических связей. У элементов А-групп это электроны внешнего уровня, их число равно номеру группы. У \(d\)-элементов валентными считают электроны внешнего \(s\)-подуровня и предвнешнего \(d\)-подуровня: \(\ce{Fe}\) — \(\cfg{3d^6\,4s^2}\), всего 8; \(\ce{Cr}\) — \(\cfg{3d^5\,4s^1}\), всего 6.

Число неспаренных электронов у \(p\)-элементов в основном состоянии зависит только от группы: IIIА — 1, IVА — 2, VА — 3, VIА — 2, VIIА — 1, VIIIА — 0. У \(d\)-элементов на внешнем уровне чаще всего \(\cfg{4s^2}\) (у \(\ce{Cr}\) и \(\ce{Cu}\) — \(\cfg{4s^1}\)).

Возбуждённое состояние возникает при затрате энергии: спаренные электроны распариваются и переходят на свободные орбитали того же уровня. Так растёт число неспаренных электронов, а с ним — валентность.

• \(\ce{C}\): \(\cfg{2s^2\,2p^2} \to \cfg{2s^1\,2p^3}\) — 4 неспаренных, валентность IV во всех устойчивых соединениях (\(\ce{CH4}\), \(\ce{CO2}\)).
• \(\ce{S}\): \(\cfg{3s^2\,3p^4} \to \cfg{3s^2\,3p^3\,3d^1} \to \cfg{3s^1\,3p^3\,3d^2}\) — валентности II, IV, VI (\(\ce{H2S}\), \(\ce{SO2}\), \(\ce{SO3}\)).
• \(\ce{Cl}\): валентности I, III, V, VII (\(\ce{HCl}\), \(\ce{HClO2}\), \(\ce{HClO3}\), \(\ce{HClO4}\)); \(\ce{P}\) — III и V.
• \(\ce{O}\) и \(\ce{F}\): на 2-м уровне нет \(d\)-подуровня, распаривать некуда — валентность кислорода только II, фтора только I. У азота высшая валентность IV: три неспаренных электрона плюс одна донорно-акцепторная связь \((\ce{NH4+})\), поэтому пятивалентного азота не бывает, хотя степень окисления \(+5\) есть.