Brudd på Octet Regel

Unntak 2: Ufullstendig Oktettene

Den andre unntak fra Oktetten Regelen er når det er for få valence elektroner som resulterer i en ufullstendig Oktett. Det er enda flere tilfeller der octet regel ikke gir den mest korrekte beskrivelsen av et molekyl eller ion. Dette er også tilfelle med ufullstendig oktettene. Arter med ufullstendig oktettene er ganske sjeldne og vanligvis er bare funnet i noen av beryllium, aluminium, og boron forbindelser, inkludert de boron hydrider., La oss ta en titt på en slik hydrid, \(BH_3\) (Borane).

Hvis en var å lage en Lewis-struktur for \(BH_3\) følgende grunnleggende strategier for å tegne Lewis strukturer, en ville trolig komme opp med denne strukturen (Figur 3):

problemet med denne strukturen er at boron har en ufullstendig octet; det har bare seks elektroner rundt det., Hydrogen atomer kan naturligvis bare har 2 elektroner i sitt ytterste skall (deres versjon av en oktett), og som sådan det er ingen ekstra elektroner for å danne en dobbel binding med boron. Man kan anta at unnlatelse av denne strukturen for å danne fullstendige oktettene må bety at denne bindingen skal være ioniske i stedet for covalent., Imidlertid, boron har en electronegativity som er svært lik hydrogen, noe som betyr at det er sannsynlig svært lite ionisk karakter i hydrogen til boron obligasjoner, og som sådan dette Lewis struktur, selv om det ikke oppfylle octet-regelen, er sannsynligvis best mulig struktur for skildrer BH3 med Lewis teori. En av de tingene som kan redegjøre for BH3 er ufullstendig oktetten er at det er ofte et forbigående art, dannet midlertidig i reaksjoner som involverer flere trinn.

La oss ta en titt på annen ufullstendig octet situasjon arbeider med boron, BF3 (Boron trifluorine)., Som med BH3, den første tegningen av en Lewis struktur av BF3 vil danne en struktur der boron har bare seks elektroner rundt det (Figur 4).

Hvis du ser av Figur 4, kan du se at fluor atomer har ekstra enslig par som de kan bruke til å gjøre ytterligere obligasjoner med boron, og du tenker kanskje at alt du trenger å gjøre er å lage en enslig par til bond og struktur vil være riktig., Hvis vi legger til et dobbelt bånd mellom boron og en av de fluorines får vi følgende Lewis-Struktur (Figur 5):

Hver fluor har åtte elektroner, og de boron atom har åtte så godt! Hvert atom har en perfekt oktetten, ikke sant? Ikke så fort. Vi må undersøke den formelle anklager av denne strukturen. Den fluor som deler et dobbelt bånd med boron har seks elektroner rundt det (fire fra sine to ensomme par av elektroner og ett hver fra sine to obligasjoner med boron)., Dette er en mindre electron enn antallet av valence elektroner det ville ha naturlig (Gruppe sju elementer har syv valence elektroner), så det har et formelt ansvar for +1. De to flourines som deler én obligasjoner med boron har sju elektroner rundt dem (seks fra sine tre enslig par og en fra deres singel obligasjoner med boron). Dette er det samme beløpet som nummer av valence elektroner de ville ha på deres egne, slik at de både har et formelt ansvar for null. Til slutt, boron har fire elektroner rundt det (en fra hver av de fire obligasjoner felles med fluor)., Dette er en mer electron enn antallet av valence elektroner som boron ville ha på sin egen, og som sådan boron har et formelt ansvar for -1.

Denne strukturen er støttet av det faktum at eksperimentelt bestemt bond lengden på boron å fluor obligasjoner i BF3 er mindre enn hva som ville være typisk for en enkelt obligasjon (se Bond Orden og Lengder)., Imidlertid, denne strukturen motsier en av de viktigste reglene for formell avgifter: Negative formelle kostnader er ment å være funnet på mer electronegative atom(s) i en obligasjon, men i den strukturen som er avbildet i Figur 5, er en positiv formelle ansvaret er funnet på fluor, som ikke bare er den mest electronegative element i strukturen, men de fleste electronegative element i hele den periodiske tabellen (\(\chi=4.0\)). Boron på den annen side, med mye lavere electronegativity 2.0, har den negative formelle ansvaret i denne strukturen., Denne formelle kostnad-electronegativity uenighet gjør dette double-bundne struktur umulig.

Imidlertid den store electronegativity forskjell her, i motsetning til i BH3, betyr betydelige polare bindinger mellom boron og fluor, som betyr at det er en høy ionisk karakter til dette molekylet. Dette antyder muligheten av en semi-ioniske struktur slik som vist i Figur 6:

Ingen av disse tre strukturene er den «riktige» struktur i dette tilfellet., Den mest «riktige» struktur er mest sannsynlig en resonans i alle tre strukturer: en med ufullstendig oktett (Figur 4), ett med dobbeltseng bond (Figur 5), og ett med den ioniske bånd (Figur 6). De medvirkende struktur er trolig den ufullstendige octet struktur (på grunn av Figur 5 som i utgangspunktet er umulig, og Figur 6 ikke matchende opp med atferd og egenskaper av BF3). Som du kan se selv når andre muligheter som eksisterer, ufullstendig oktettene kan best beskrives en molekylær struktur.,

Som en side note, det er viktig å være oppmerksom på at BF3 ofte obligasjoner med en F – ion-for å danne BF4 – snarere enn å bo som BF3. Denne strukturen er ferdig boron oktett, og det er mer vanlig i naturen. Dette eksemplifiserer at ufullstendige oktettene er sjeldne, og andre konfigurasjoner er vanligvis mer gunstig, inkludert binding med flere ioner som i tilfelle av BF3 .