schendingen van de octetregel

uitzondering 2: onvolledige octetten

de tweede uitzondering op de octetregel is wanneer er te weinig valentie-elektronen zijn die resulteren in een onvolledig Octet. Er zijn nog meer gelegenheden waarbij de octetregel niet de meest correcte weergave van een molecuul of ion geeft. Dit is ook het geval met onvolledige octetten. Soorten met onvolledige octetten zijn vrij zeldzaam en worden over het algemeen alleen gevonden in sommige beryllium -, aluminium-en boriumverbindingen, waaronder de boriumhydriden., Laten we eens kijken naar zo ‘ n hydride, \(BH_3\) (Boraan).

als men een Lewis-structuur zou maken voor \(BH_3\) volgens de basisstrategieën voor het tekenen van Lewis-structuren, zou men waarschijnlijk met deze structuur komen (Figuur 3):

het probleem met deze structuur is dat boor een incompleet octet heeft; het heeft er slechts zes elektronen omheen., Waterstofatomen kunnen natuurlijk slechts 2 elektronen in hun buitenste schil hebben (hun versie van een octet), en als zodanig zijn er geen reserve-elektronen om een dubbele binding met boor te vormen. Men zou kunnen veronderstellen dat het falen van deze structuur om volledige octetten te vormen moet betekenen dat deze band ionisch moet zijn in plaats van covalent., Boor heeft echter een elektronegativiteit die erg lijkt op waterstof, wat betekent dat er waarschijnlijk weinig Ionische karakter is in de waterstof-bindingen, en als zodanig is deze Lewis-structuur, hoewel het niet voldoet aan de octetregel, waarschijnlijk de best mogelijke structuur voor het afbeelden van BH3 met de Lewis-theorie. Een van de dingen die kunnen verklaren voor BH3 ‘ s onvolledige octet is dat het meestal een voorbijgaande soort, tijdelijk gevormd in reacties die meerdere stappen te betrekken.

laten we eens kijken naar een andere onvolledige octet situatie die te maken heeft met boor, BF3 (Boron trifluorine)., Net als bij BH3 zal de eerste tekening van een Lewis-structuur van BF3 een structuur vormen waar borium slechts zes elektronen omheen heeft (Figuur 4).

als je kijkt Figuur 4, kun je zien dat de fluoratomen extra eenzame paren bezitten die ze kunnen gebruiken om extra bindingen met boor te maken, en je zou kunnen denken dat het enige wat je hoeft te doen is één enkel paar in een band en de structuur zal correct zijn., Als we een dubbele binding tussen borium en een van de fluorines optellen krijgen we de volgende Lewis structuur (Figuur 5):

elk fluor heeft acht elektronen, en het booratoom heeft er ook acht! Elk atoom heeft een perfect octet, toch? Niet zo snel. We moeten de formele beschuldigingen van deze structuur onderzoeken. Het fluor dat een dubbele binding met boor heeft, heeft er zes elektronen omheen (vier van zijn twee eenzame paren elektronen en elk één van zijn twee bindingen met boor)., Dit is een elektron minder dan het aantal valentie-elektronen dat het natuurlijk zou hebben( groep zeven elementen hebben zeven valentie-elektronen), dus het heeft een formele lading van +1. De twee flourines die enkelvoudige bindingen delen met boor hebben zeven elektronen om hen heen (zes van hun drie eenzame paren en één van hun enkelvoudige bindingen met boor). Dit is dezelfde hoeveelheid als het aantal valentie-elektronen dat ze zelf zouden hebben, dus ze hebben allebei een formele lading van nul. Ten slotte heeft borium vier elektronen eromheen (één van elk van zijn vier bindingen gedeeld met Fluor)., Dit is één elektron meer dan het aantal valentie-elektronen dat borium op zichzelf zou hebben, en als zodanig heeft borium een formele lading van -1.

deze structuur wordt ondersteund door het feit dat de experimenteel bepaalde bindingslengte van de boor-fluor-bindingen in BF3 kleiner is dan wat typisch zou zijn voor een enkele binding (zie bindingsvolgorde en-lengtes)., Deze structuur is echter in tegenspraak met een van de belangrijkste regels van formele ladingen: negatieve formele ladingen worden verondersteld te worden gevonden op de meer elektronegatieve atomen in een binding, maar in de structuur afgebeeld in Figuur 5 wordt een positieve formele lading gevonden op fluor, dat niet alleen het meest elektronegatieve element in de structuur is, maar het meest elektronegatieve element in het gehele periodiek systeem (\(\chi=4.0\)). Boor daarentegen, met de veel lagere elektronegativiteit van 2,0, heeft de negatieve formele lading in deze structuur., Deze formele onenigheid tussen lading en elektronegativiteit maakt deze dubbel-gebonden structuur onmogelijk.

het grote elektronegativiteitverschil hier, in tegenstelling tot in BH3, betekent echter significante polaire bindingen tussen boor en fluor, wat betekent dat er een hoog ionisch karakter aan dit molecuul is. Dit suggereert de mogelijkheid van een semi-Ionische structuur zoals te zien in Figuur 6:

geen van deze drie structuren is in dit geval de” correcte ” structuur., De meest “correcte” structuur is hoogstwaarschijnlijk een resonantie van alle drie de structuren: die met het onvolledige octet (Figuur 4), die met de dubbele binding (Figuur 5), en die met de ionbinding (Figuur 6). De meest bijdragende structuur is waarschijnlijk de onvolledige octetstructuur (omdat Figuur 5 in principe onmogelijk is en Figuur 6 niet overeenkomt met het gedrag en de eigenschappen van BF3). Zoals je kunt zien, zelfs als er andere mogelijkheden bestaan, kunnen onvolledige octetten het beste een moleculaire structuur weergeven.,

als nevennoot is het belangrijk op te merken dat BF3 vaak bindt met een F – ion om BF4 – te vormen in plaats van als BF3 te blijven. Deze structuur completeert het octet van borium en komt vaker voor in de natuur. Dit illustreert het feit dat onvolledige octetten zeldzaam zijn, en andere configuraties zijn meestal gunstiger, inclusief binding met extra ionen zoals in het geval van BF3 .