옥텟 규칙의 예외

많은 공유결합 분자는 루이스 구조에 8개의 전자를 갖지 않는 중심 원자를 가지고 있습니다. 이 분자는 세 가지 범주로 분류됩니다.

1. 홀수 전자 분자는 홀수의 원자가 전자를 가지므로 짝을 이루지 않은 전자를 갖습니다.
2. 전자가 부족한 분자는 비활성 기체 구성에 필요한 것보다 전자가 적은 중심 원자를 가지고 있습니다.
3. 초원자가 분자는 비활성 기체 구성에 필요한 것보다 더 많은 전자를 갖는 중심 원자를 가지고 있습니다.

홀수전자 분자

홀수의 전자를 포함하는 분자를 라디칼이라고 합니다. 산화질소(NO)는 홀수 전자 분자의 예입니다. 내연기관에서 산소와 질소가 고온에서 반응할 때 생성됩니다.

NO와 같은 홀수 전자 분자에 대한 루이스 구조를 그리려면 다음 단계가 고려됩니다.

1. 원자가(외각) 전자의 총 개수를 결정합니다. 원자가 전자의 합은 5(N에서) + 6(O에서) = 11입니다. 홀수는 모든 원자가 원자가 껍질에 8개의 전자를 갖지 않는 자유 라디칼임을 나타냅니다.
2. 분자의 골격 구조를 그립니다. N-O 단일 결합을 갖는 골격 구조를 쉽게 그릴 수 있습니다.
3. 나머지 전자를 말단 원자에 고립 전자쌍으로 분배합니다. 이 경우에는 중심 원자가 없으므로 전자는 두 원자 주위에 분포됩니다. 이러한 상황에서는 전기음성도가 더 높은 원자에 8개의 전자가 할당됩니다. 따라서 산소는 채워진 원자가 껍질을 갖습니다.

   

4. 나머지 모든 전자를 중심 원자에 놓습니다. 남은 전자가 없으므로 이 단계는 적용되지 않습니다.
5. 가능한 한 옥텟을 얻기 위해 전자를 재배열하여 중심 원자와 다중 결합을 만듭니다. 홀수 전자 분자가 모든 원자에 대해 옥텟을 가질 수는 없지만 각 원자는 가능한 한 옥텟에 가까운 전자를 얻어야 합니다. 이 경우 질소 주변에는 전자가 5개만 있습니다. 질소의 옥텟에 더 가깝게 이동하기 위해 산소의 고립 쌍 중 하나를 사용하여 NO 이중 결합을 형성합니다. (질소에는 9개의 전자가 있기 때문에 또 다른 비공유 전자쌍을 산소에서 가져와 삼중 결합을 형성할 수 없습니다.)

   

전자 결핍 분자

그러나 일부 분자에는 원자가 껍질이 채워지지 않은 중심 원자가 포함되어 있습니다. 일반적으로 이는 2족과 13족의 중심 원자, 수소인 외부 원자 또는 다중 결합을 형성하지 않는 기타 원자를 가진 분자입니다. 예를 들어, 베릴륨 이수소화물(BeH_2)과 삼불화붕소(BF_3)의 루이스 구조에서 베릴륨과 붕소 원자는 각각 각각 4개와 6개의 전자만을 가지고 있습니다. 옥텟 규칙을 만족하면서 BF_3의 붕소 원자와 불소 원자 사이에 이중 결합이 있는 구조를 그리는 것이 가능하지만 실험적 증거에 따르면 결합 길이가 B-F 단일 결합에서 예상되는 길이에 더 가깝습니다. 이는 최고의 루이스 구조가 3개의 B-F 단일 결합과 전자가 부족한 붕소를 가지고 있음을 시사합니다. 화합물의 반응성은 전자가 부족한 붕소와도 일치합니다. 그러나 B-F 결합은 B-F 단일 결합에 대해 실제로 예상되는 것보다 약간 짧으며 이는 실제 분자에서 일부 이중 결합 특성이 발견됨을 나타냅니다.

8개의 전자를 갖지 않는 BF_3의 붕소 원자와 같은 원자는 반응성이 매우 높습니다. 이는 비공유 전자쌍을 가진 원자를 포함하는 분자와 쉽게 결합합니다. 예를 들어, NH_3는 BF_3와 반응하는데, 그 이유는 질소의 고립전자쌍이 붕소 원자와 공유될 수 있기 때문입니다.

초고속 분자

주기율표의 두 번째 주기(n = 2)에 있는 원소는 4개의 원자가 궤도(2s 궤도 1개와 2p 궤도 3개)만 갖기 때문에 원자가 껍질 궤도에 8개의 전자만 수용할 수 있습니다. 세 번째 이상의 주기(n ≥ 3)에 있는 원소는 4개 이상의 원자가 궤도를 가지며, 동일한 껍질에 빈 d 궤도가 있기 때문에 다른 원자와 4쌍 이상의 전자를 공유할 수 있습니다. 이러한 원소로 형성된 분자는 때때로 PCl_5 및 SF_6과 같은 초원자가 분자라고 불립니다. PCl_5에서는 중심 원자인 인이 5개의 전자쌍을 공유합니다. SF_6에서 황은 6개의 전자쌍을 공유합니다.

IF_5 및 XeF_4와 같은 일부 초원자가 분자에서는 중심 원자의 외부 껍질에 있는 전자 중 일부가 고립 전자쌍입니다.

이 분자의 루이스 구조에는 외부 원자의 원자가 껍질을 8개의 전자로 채운 후 남은 전자가 있습니다. 이러한 추가 전자는 중심 원자에 할당되어야 합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다  Openstax, Chemistry 2e, Section 7.3: Lewis Symbols and Structures.