Κανόνας Οκτάδας
Βασικές έννοιες:
Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε τι είναι ο κανόνας της οκτάδας, τις εξαιρέσεις στον κανόνα και θα δείτε παραδείγματα και προβλήματα.
Τι είναι ο κανόνας της Οκτάδας;
Ο κανόνας της οκτάδας είναι ότι ένα άτομο θα είναι πιο σταθερό όταν περιβάλλεται από 8 ηλεκτρόνια στο φλοιό σθένους. Ένα άτομο που δεν έχει οκτώ ηλεκτρόνια θα συνδεθεί με άλλα άτομα για να έχει οκτώ ηλεκτρόνια. Μια διαμόρφωση που έχει οκτώ ηλεκτρόνια αναφέρεται επίσης ως "διάταξη ευγενούς αερίου".
Τα ευγενή αέρια είναι τα μόνα άτομα με οκτώ ηλεκτρόνια σθένους και επομένως τείνουν να μην αντιδρούν ή να μην συνδέονται με άλλα άτομα και μόρια. Αυτή η έλλειψη αντίδρασης οφείλεται στο ότι βρίσκονται ήδη στην πιο σταθερή τους κατάσταση με μια πλήρη οκτάδα ηλεκτρονίων. Ως εκ τούτου, άλλα άτομα με πλήρη οκτάδα αναφέρονται ως "διαμόρφωση ευγενών αερίων".
Η οκτάδα γεμάτο σθένους σημαίνει ότι τα s και p-τροχιακά είναι γεμάτα. Επομένως, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων τελειώνει με s p για όλα τα άτομα με πλήρη οκτάδα.
Επίτευξη του κανόνα της Οκτάδας
Ο κανόνας της οκτάδας μπορεί να ληφθεί μέσω είτε ιοντικών είτε ομοιοπολικών δεσμών. Στους ομοιοπολικούς δεσμούς, τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια. Στους ιοντικούς δεσμούς, τα άτομα μεταφέρουν ηλεκτρόνια μεταξύ τους.
Γενικά, τα μέταλλα θα χάσουν ηλεκτρόνια για να επιτύχουν ένα κέλυφος σθένους οκτώ ηλεκτρονίων. Τα μη μέταλλα τείνουν να αποκτούν ηλεκτρόνια για να αποκτήσουν οκτώ ηλεκτρόνια.
Ορισμένα άτομα τείνουν να έχουν έναν ορισμένο αριθμό δεσμών για να πληρούν τον κανόνα της οκτάδας. Για παράδειγμα, ο άνθρακας θα έχει σχεδόν πάντα τέσσερις δεσμούς. Το άζωτο θα έχει σχεδόν πάντα τρεις δεσμούς συν ένα μοναχικό ζεύγος. Το οξυγόνο έχει συνήθως δύο δεσμούς. Το φθόριο έχει συνήθως ένα. Θα πρέπει να παρατηρήσετε μια τάση. Καθώς μετακινείστε κατά μήκος της γραμμής του περιοδικού πίνακα, ο αριθμός των δεσμών τείνει να μειώνεται για εκείνα τα στοιχεία (μη μέταλλα) που συνδέονται ομοιοπολικά.
Αυτή η τάση μείωσης του αριθμού των ομολόγων ισχύει για τις σειρές κάτω από αυτήν που συζητήθηκε παραπάνω. Όσο πιο κάτω κινείστε στον περιοδικό πίνακα, τόσο περισσότερες εξαιρέσεις υπάρχουν στον κανόνα της οκτάδας.
Εξαιρέσεις από τον κανόνα της Οκτάδας
- Τα μεταβατικά μέταλλα δεν ακολουθούν συνήθως τον κανόνα της οκτάδας. Αντίθετα, λόγω των ηλεκτρονίων μπλοκ d, μπορούν να έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους.
- Το ήλιο και το υδρογόνο και τα δύο δεν ακολουθούν τον κανόνα της οκτάδας, αλλά έχουν δύο ηλεκτρόνια στη στιβάδα σθένους για να είναι σταθερά. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν έχουν p-τροχιακά και χρειάζονται απλώς τα s τροχιακό γεμάτο.
- Το λίθιο συχνά χάνει ένα ηλεκτρόνιο για να έχει την ίδια διαμόρφωση με το ήλιο (2 ηλεκτρόνια).
- Ορισμένες ενώσεις δεν υπακούουν στον κανόνα της οκτάδας. Για παράδειγμα, SF6 και XeF2 είναι δύο αέρια που παράγονται συνήθως στα εργαστήρια. Όσο πιο κάτω βρίσκεται ένα άτομο στον περιοδικό πίνακα, τόσο πιο πιθανό είναι να μην υπάρχουν οκτώ ηλεκτρόνια στο φλοιό σθένους και να είναι ακόμα σταθερό.
Παράδειγμα προβλημάτων
Ακολουθούν πολλά παραδείγματα προβλημάτων που εξηγούν πώς να μετρήσετε τα ηλεκτρόνια για να καθορίσετε εάν ένα άτομο ακολουθεί τον κανόνα της οκτάδας. Τα μόρια σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας δομές κουκίδων Lewis.
N2 – Άζωτο
Υπάρχουν τρεις ομοιοπολικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων αζώτου και κάθε άζωτο έχει ένα μόνο ζεύγος. Επομένως, ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων που σχετίζονται με κάθε άτομο αζώτου είναι 8 και τα δύο άτομα ακολουθούν τον κανόνα.
CH4 – Μεθάνιο
Σε μεθάνιο (CH4 ) υπάρχουν δύο διαφορετικά άτομα για εξέταση. Θα ξεκινήσουμε με τον άνθρακα που έχει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς. Υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια που σχετίζονται με κάθε ομοιοπολικό δεσμό, επομένως ο άνθρακας ακολουθεί τον κανόνα της οκτάδας.
Το υδρογόνο στο CH4 Όλα έχουν έναν ομοιοπολικό δεσμό που σχετίζεται με αυτά, δίνοντάς τους δύο συνολικά ηλεκτρόνια. Θυμηθείτε ότι το υδρογόνο είναι μια εξαίρεση στον κανόνα και σταθερό με δύο ηλεκτρόνια!
Παράδειγμα προβλημάτων
Πρόβλημα: Χρησιμοποιώντας όσα γνωρίζετε για τον κανόνα οκτάδας, σχεδιάστε τη δομή για το HCN
Λύση: Τόσο ο άνθρακας όσο και το άζωτο θα ακολουθούν τον κανόνα της οκτάδας και το υδρογόνο θα έχει δύο ηλεκτρόνια. Έχουμε συνολικά 10 ηλεκτρόνια για να δουλέψουμε. Ένα καλό μέρος για να ξεκινήσετε είναι η παροχή αζώτου με τρεις δεσμούς στον άνθρακα. Στη συνέχεια, ο άνθρακας χρειάζεται έναν ακόμη δεσμό, ο οποίος ταιριάζει με τις ανάγκες ενός δεσμού υδρογόνου. Η δομή λύθηκε!
Πρόβλημα: Χρησιμοποιώντας όσα γνωρίζετε για τον κανόνα της οκτάδας, σχεδιάστε τη δομή για το CH2 O
Λύση: Για να ξεκινήσουμε, θα κάνουμε την τεκμηριωμένη πρόβλεψη ότι ο άνθρακας θα έχει τέσσερις δεσμούς, το οξυγόνο θα έχει δύο και το υδρογόνο θα έχει έναν. Μετρώντας όλα τα ηλεκτρόνια σθένους, έχουμε 12 ηλεκτρόνια να δουλέψουμε. Πιθανότατα, ο άνθρακας θα είναι το κεντρικό άτομο γιατί χρειάζεται τους περισσότερους δεσμούς. Από εκεί, μπορούμε να το συνδέσουμε με το οξυγόνο με διπλό δεσμό. Το οξυγόνο χρειάζεται τώρα δύο μόνα ζεύγη για να ικανοποιήσει τον κανόνα της οκτάδας. Ο άνθρακας χρειάζεται δύο ακόμη δεσμούς, έναν σε κάθε υδρογόνο. Μπορούμε να μετρήσουμε όλα τα ηλεκτρόνια στη δομή μας και να δούμε ότι έχουμε 12 ηλεκτρόνια και κάθε άτομο ικανοποιεί τον κανόνα της οκτάδας (με εξαίρεση το υδρογόνο).
