为了理解为什么P层要4电子,首先需要了解福尔克规则。该规则说明了在填充能层电子时,电子将填充有防止电子相互排斥的方向。 这种趋势称为“电子自旋规则”,其中一个自旋电子与另一个自旋电子产生的排斥要远小于同自旋电子之间产生的排斥。 换句话说,一个能层在其子壳层被填充的情况下,趋向于达到最小能量,电子也会从低能量跃迁。
这意味着我们不应该将P层只填充3个电子,因为这将带来不稳定的P3离子。
一个更重要的原因是P层通常是正在接受一个电子,以使某些反应得以发生。 对于P层的第一个电子,填充它所在的轨道伴随着非常大的能量变化,以至于在填充该层的第二个电子之前,最多只有一个被接受。
然而,该轨道可以在第三个和第四个电子的加入时逐渐趋于稳定。 这种粒子的相对数量至少会达到一个与第三个或第四个电子对的结合能近似相等的水平,因此P层需要接受至少四个电子。
P层在分子中往往是化学中心,其封闭壳层电子配置为[Ne]或[He]2s22p6,而P层电子通常是离子反应和自由基反应的关键。 因此,P层必须充分填充以确保化学反应能够发生。具有正确的电子数对于确保反应的选择性和速率都至关重要。
P层也在光谱学中扮演了重要角色。 由于P层的电子数量对元素的光谱线有影响,因此将P层填充到正确的数量十分重要。 即使只缺失一个电子,也可能导致误差较大的光谱测量结果。 因此,P层通常需要填充4个电子以确保正确的光谱结果并对元素进行准确定位。