离子的电子构型
离子的电子构型
离子的电子构型不仅与离子及相关化合物的性质有密切关系，还涉及到许多化学基本理论的运用。如，在极化理论中，离子电子构型是离子极化能力和变形性的判断依据；在配合物理论中，离子电子构型是中心离子杂化类型和配离子诸多性质的判断基础。因而准确判断出某离子的电子构型，从来都是无机化学教学中的一个重点内容。
要想准确、快速地写出某离子的电子构型，只要能掌握以下两点就可以。
一、&了解原子核外电子排布情况
由于原子要在得或失电子的情况下才能成为简单离子，所以应该在掌握原子电子构型的基础上，再来讨论离子的电子构型。这也就意味着，知道某原子的电子构型，是写出其相关离子电子构型的知识基础。
另一方面，原子在成为阳离子时，要失去部分或全部的价电子。而这部分被丢弃掉的电子，既与新生成的阳离子无关，也没有再追究其在原来原子中存在细节的必要。因而，在写出离子电子构型的条件是，只要对其原子的电子构型有大概地了解，就可以了。
也就是说，不必太在意，诸如“第24号元素（Cr）的原子电子构型是3d54s1、还是3d44s2”，这样的问题。因为，按原子价电子的丢失顺序规则，最后得到Cr3+的电子构型只能都是3d3。因而，在这一小节的标题中，对“原子核外电子排布情况”，只使用了“了解”的字眼，以示与“掌握”还有一定程度上的差别。
这样看起来，写出某离子的电子构型也不算不上是一个很难的问题，算不上是一个教学的难点。
作为“了解原子核外电子排布情况”，一般可以用两种方法。
一是，用鲍林的“原子核外电子填充顺序图”来写。但它需要从最里层开始，逐能级的将电子排出。这对给出“原子的电子排布式”是一个有效的手段。对只需要了解最外层电子排布情况的“离子电子构型”的给出来说，则属于一种比较繁琐的方法了。
当对元素周期表比较熟悉时，可以考虑的最好方法是，借助元素周期表来确定原子的价电子构型。因为，随原子序数增加，原子的电子构型也有周期性变化。这种变化情况如下图所示：&
& &该图反映出的原子电子构型与其在周期表中位置间的关系为：
周期数就是最外层电子的主量子数（电子层数）。如，第四周期中所有元素，其原子的电子构型中都会有4
s电子（对应于p区元素，则还会有4p电子）；
原子的价电子数与其所在的族数间有严格的对应关系。
所有主族元素（ⅠΑ至ⅧΑ），及ⅢΒ至ⅧΒ元素组的第一个元素，它们在周期表中占了14个列（1-8,13-18列，在上图中为黄色斜线所示的区域），有“原子价电子数
= 族数”（族数，即上图中第二行中的罗马数字）。
ⅧΒ元素组的第二、三个元素，及ⅠΒ和ⅡΒ族，这4列（9-12列，在图中为绿色斜线所示的区域）有“原子价电子数
= 所在元素周期表的列数”（
列数，即上图中第一行中的阿拉伯数字）。
对f区的镧系和锕系元素（在上图中为粉红色水平线所示的区域），则要看其在该区中的列序号（即图中最下一行的阿拉伯数字）。有“原子价电子数
= 元素所在列序号
族数即为价电子数的情况举例：
属于s区的两个主族，其中ⅠΑ族原子，只有一个ns1价电子；而ⅡΑ族原子，有两个ns2价电子。
属于p区的六个主族。ⅢΑ族原子，有三个价电子，价电子构型为ns2np1；ⅣΑ族原子，有四个价电子，价电子构型为ns2np2；……直至ⅧΑ（0）族原子，有八个价电子，价电子构型为ns2np6。
属于d区的六个副族的前6列元素。ⅢΒ族原子，有三个价电子，价电子构型为(n-I)d1ns2；ⅣΒ族原子，有四个价电子，价电子构型为(n-I)d2ns2；……直至ⅦΒ族原子，有七个价电子，价电子构型为(n-I)d2ns2；ⅧΒ（Ⅷ）族的第一个元素（第8列），如第四周期的Fe有八个价电子，价电子构型为3d64s2。
列数即为价电子数的情况举例：
ⅧΒ（Ⅷ）族的第二、三个元素（第9、10列）。如第四周期的Co，为ⅧΒ元素组的第二个元素，有九个价电子，价电子构型为3d74s2；第四周期的Ni，为ⅧΒ元素组的第三个元素，有十个价电子，价电子构型为3d84s2.
属于ds区的两个副族。ⅠΒ族原子（列数为11），价电子构型为(n-1)d10ns1；ⅡΒ族原子（列数为12），价电子构型为(n-1)d10ns2价电子。
确定镧系元素的价电子数的情况举例：
镧是该区第一行的第一个元素（列序号为1），价电子数为3（1+2=3），价电子构型为5d16s2；处于第一行最后一个的镥（列序号为15），价电子数为17（15+2=17），价电子构型为4f145d16s2。
与d区的Cr相似，在确定某具体镧系元素的电子构型时，不要纠缠于5d0-1轨道的填充情况。因为，在讨论其离子的电子构型时，不会遇到5d轨道还有填充的问题。这些原子在形成离子时其5d6s电子会全部失去。剩余的都是4f电子。所以只要知道价电子总数就可以了。
从上面的分析可以看出，用元素周期表的结构来确定某原子的电子构型，比鲍林的电子填充顺序图，是要方便很多的。
离子的形成过程
非金属原子在得电子形成简单阴离子时，通常无变价。并且是使阴离子的最外电子层，成为8电子的稀有气体元素稳定结构。所以都非常简单，这里就不再赘述。
金属原子在失电子成简单阳离子时，最重要的是要知道原子的失电子顺序。其规则是：按(n-2)f、(n-1)d、ns、np，这一由难到易的顺序来失去电子。即，最右端的电子、最先失去。如果ns与np同时存在，np电子先失去；如果(n-1)d与ns同时存在，ns电子先失去。
根据这个规则，在知道原子的价电子数、及分区的电子构型的特点后，就可以直接写出某阳离子的电子构型。如：
属于s区的ⅠA族的K+。因为原子的价电子构型为4s1，失去这1个电子后（无4p电子可以失去）离子最外层只能是3s23p6。这种离子的电子构型也被称为8电子构型。&&
属于d区ⅣΒ族的Ti2+、Ti3+、Ti4+。原子的价电子构型为3d24s2。最先失去的是2个4s2电子，这样成Ti2+，最外层为3s23p63d2（简写为3d2），有10个电子，离子属于9-17电子构型；在失去2个4s2电子的基础上，继续失去1个3d电子，就成了Ti3+，最外层为3s23p63d1（简写为3d1），有9个电子，离子也属于9-17电子构型；如失去2个4s2电子后，还要失去2个3d电子，就成了Ti4+，最外层为3s23p6，有8个电子，成8电子构型。
属于d区ⅥΒ族的Cr2+、Cr3+。原子的价电子构型为3d54s1。最先失去的是1个4s1电子及1个3d电子，这样成Cr2+，最外层为3s23p63d4（简写为3d4），有12个电子，离子属于9-17电子构型；如要失去3个电子，那只能是4s1电子、及2个3d电子，这样Cr
3+的最外层就成为了3s23p63d3（简写为3d3），有11个电子，离子也属于9-17电子构型。
属于d区ⅧΒ（Ⅷ）族的第二个元素的Co（第四周期）。原子的价电子总数为9（位于第9列），原子的价电子构型为3d74s2。Co2+的电子构型为3d7，属于9-17电子构型；Co3+的电子构型为3d6，也属于9-17电子构型。
属于ds区的ⅠB族Cu（第四周期），原子的价电子总数为11（位于第11列）。原子的价电子构型为3d104s1。Cu+的电子构型为3d10，属于18电子构型；Cu2+的电子构型为3d9，属于9-17电子构型。
属于ⅢΑ族（第三周期）的Al。原子的价电子构型为3s23p1，无变价。形成离子时要失去这3个电子，成2s22p6的8电子构型。
同属于ⅢΑ族（第六周期）的Tl。原子的价电子构型为6s26p1。但它有变价，形成离子时人如果只失去1个电子6p1（ns比np难于失去），剩余Tl+的电子构型为5s25p65d106s2，这是一个18+2电子构型；如果要失去3个电子，则6s和6p全部失去，剩余Tl3+的电子构型为5s25p65d10，这是一个18电子构型。
属于镧系元素、其列序数为2的Ce。价电子总数为4（2+2=4），其2价离子Ce2+的f电子构型为4f2；其3价离子Ce3+的f电子构型为4f1；其4价离子Ce4+的f电子构型为4f0，这是一个8电子构型
属于镧系元素、其列序数为7的Eu。价电子总数为9（7+2=9），其2价离子Eu2+的f电子构型为4f7；其3价离子Eu3+的f电子构型为4f6。
离子电子构型的表示方法及分类
离子电子构型对其性质有着决定性的影响。当然起最主要作用的还是其价电子部分。所以，在书面表示离子构型时，通常是在原子电子构型（只写出价电子）的基础上来写。在原子的价电子构型的基础上，按实际情况加上或减去某几个电子，就可以得到离子的电子构型。书写的时候，要秉承：表述要尽可能地简单，只保留最重要信息的原则。
但是，在将电子构型进行分类时，对离子性质有影响的各亚层，则都要包括进来。由于不同类型的离子，影响其性质的主要因素并不完全相同。如对大多数离子（除内过渡系元素）都是最外层电子的影响最大；而内过渡系元素则是倒数第二层的f电子数目，对性质的影响更大。所以在讨论非过渡系元素离子的电子构型类别时，依据的是离子的最外层电子数；而在书写及讨论镧系离子的电子构型时只考虑其4f电子数。
非内过渡系元素离子的电子构型共分为：8电子、9-17电子、18电子、18+2电子，这样的4类。而镧系离子的电子构型，通常就叫“4f电子构型”
在书写离子电构型，及讨论其类别时，要注意以上这几点。
这样，由K的电子构型为4s1，失去一个电子后，就可写出其离子K+的电子构型为了4s0（此时作为最外层的3s23p6不用写出）。这种离子的电子构型是8电子构型（要考虑3s23p6的存在）。&&
由Co原子的3d74s2，生成Co2+离子。Co2+的电子构型当然是为3d7（不用写出3s23p6这8个电子）。判断其电子构型的类别时，则要考虑3s23p6这8个电子的存在。由于最外层成了3s23p63d7，有15个电子，所以Co2+属于9-17电子构型。
对镧系的Gd。其原子的价电子构型为4f75d16s2.其3价离子Gd3+的“f电子构型”为4f7。要注意的是，4f并不是该离子的最外层，外面其实还有5s25p6。但5s25p6对离子的性质基本无影响，所以根本不用考虑，也不要再书写出来。
离子的电子构型与元素周期表的关系
有时人们关注的并不是离子的具体电子构型。而是只需要知道阳离子电子构型所属的类别。因为离子电子构型类别，对离子的性质有相当大的影响（是离子极化理论的基础）。
阳离子的电子构型可以分为：8电子构型（包括类似He的2电子构型）、9-17电子构型、18电子构型、18+2电子构型。
为能尽可能快地判断出某离子电子构型的类别，有必要把离子电子构型的类别与周期表之间的固有关系突出出来。
这种关系可以用如下的图来表示：
可以看出，从所成阳离子的电子构型来看，s和p区短周期元素的阳离子，都一定是很简单的8电子构型。
此外d区元素的最高价（族价）阳离子也有8电子构型。另外，f区元素，当“元素所在列序号+2
& 离子所带电荷
= 0”时（即f电子为0），该离子也有8电子构型。
其它阳离子的电子构型也有规律可循：
d区元素的低价（比族价数低）阳离子有9-17电子构型。ds区元素的高于族价的离子也有9-17电子构型。
属于18电子构型的有：ds区元素的族价离子；p区长周期元素（也称为过渡后元素）的族价离子（最高价）。
属于18+2电子的有：p区长周期元素的低价离子（比族价数低）。
据此，在需要判断出某离子电子构型的类型时，只要想想其在周期表中的位置，及与族价的关系，就可以迅速地给出结果。
[1] 北京师范大学等校无机化学教研室编.
无机化学（第三版）.
高等教育出版社.
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共价键中的每一对共用电子用一根短线表示，未成键电子不写出，物质的电子式就变成了结构式。例如:书写电子式的常见错误:
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表示原子结构的常用图示：1．原子符号： 2．核外电子分层排布示意图:3．原子结构示意图:&相对原子质量及近似相对原子质量：
&1．几个概念的辨析
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