前一段时间，有朋友帮孩子问了几个关于不同元素对应离子价态的问题，最近，又有朋友问了类似的问题。想到逗逗也准备开始学化学了，估计也会问出类似的问题，搞不好还会有其他朋友问类似的问题，所以干脆把前段时间朋友提出的问题和回答整理出来，再增加一些衍生的理论问题及解答，供大家参考。

第一部分：

原始问题：

1、氧元素有8个电子，外层是6个，为啥才2价？

2、铁是3价，为啥2价是亚铁？和外层电子有关系哇？为什么四氧化三铁就是稳定结构？

3、锰、二氧化锰、高锰酸钾的锰的价分别是什么？

解答：要解答和理解这些问题，首先要先知道核外电子排布规律，即三个原理：Pauli不相容原理、能量最低原理和洪特规则。

一、原子核外电子排布规律

1、 Pauli不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对。

2、  能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨道。

3、  洪特规则：当电子排布在同一能级（能量相同）的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。

此外，等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的。

知道了这三个原理，再了解一下轨道能级。

二、轨道能级

电子排布是表示原子核外电子排布的图式之一。分别用1、2、3、4、5、6、7等数字表示K、L、M、N、O、P、Q、R等电子层，用s、p、d、f等符号分别表示各电子亚层，并在这些符号右上角用数字表示各亚层上电子的数目。而s、p、d、f这四种电子亚层，分别对应四种轨道能级。

图1  轨道能级分类及其核外电子排布

然后再分别看一下氧（O）、铁（Fe）和锰（Mn）的核外电子排布。看了核外电子排布，结合上面提到的原子核外电子排布规律，就知道对应离子的价态以及为什么哪种离子更稳定了。在原子基础上，得电子的呈负价（-），得几个电子就是负几价；失去电子的呈正价（+），失去几个电子就是正几价。

三、氧原子及其离子的核外电子排布

氧原子的价电子在最外层的2p轨道上。2p轨道得到2个电子，2p轨道处于全充满状态，达到稳定状态，氧离子为-2价。

图2  氧原子及其离子的核外电子排布

四、铁原子及其离子的核外电子排布

铁原子的价电子在3d轨道和4s轨道上。最外层的4s轨道失去2个电子，4s轨道处于全空状态，达到较稳定状态，此时铁离子为+2价。在此基础上，3d轨道再失去一个电子，不但4s轨道处于全空状态，3d轨道也处于半充满状态，达到稳定状态，此时铁离子为+3价，而+3价较之+2价更为稳定。四氧化三铁（Fe3O4，即FeO·Fe2O3）对应的铁离子有+2价也有+3价。

图3  铁原子及其离子的核外电子排布

五、锰原子及其离子的核外电子排布

锰（Mn）、二氧化锰（MnO2）、高锰酸钾（KMnO4）的锰的价态，可以从电中性去计算：锰单质就是零价；二氧化锰中有两个氧原子，一个氧原子是-2价，两个就是-2*2=-4，所以锰就是+4价；而高锰酸钾里有四个氧，就是-2*4=-8，一个钾原子是+1价，所以锰就是+7价。我们也可以从锰的核外电子排布来看锰的不同价态稳定性。锰原子的价电子也在3d轨道和4s轨道上。最外层的4s轨道失去2个电子，4s轨道处于全空状态，而3d轨道本来就处在半充满状态，达到较稳定状态，此时锰离子为+2价。在此基础上，锰的3d轨道再依次失去1、2、3、4、5个电子，对应的锰分别为+3、+4、+5、+6、+7价。但3d轨道上电子的填充状态不一样，对应的离子稳定性不一样。

图4 锰原子及其离子的核外电子排布

当4s轨道的两个电子和3d轨道的5个电子全部失去时，4s轨道和3d轨道均处于全空状态，+7价的Mn7+处于稳定的状态，而高锰酸钾（KMnO4）中的Mn就是+7价。不过，Mn3+/Mn(III)和Mn5+/Mn(V)不稳定，容易发生歧化反应。

第二部分：

那么衍生的问题就来了：

1、为什么Mn3+/Mn(III)和Mn5+/Mn(V)不稳定容易发生歧化反应？

2、3d轨道电子的失去先后顺序是什么，是否跟它的电子云分布有关？

（未完待续）