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9.12: 八偶体规则的例外情况
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9.12: 八偶体规则的例外情况

许多共价分子的中心原子在其路易斯结构中没有八个电子。 这些分子分为三类:

  1. 奇数电子分子有奇数的价电子,因此有一个未配对的电子。
  2. 缺电子分子的中心原子具有比高贵气体配置所需的电子更少的电子。
  3. 超价分子有一个中心原子,其电子比高贵气体配置所需的多。

奇数电子分子

含有奇数电子的分子称为基。 氮氧化物 (NO) 是奇数电子分子的一个示例;当氧气和氮在高温下发生反应时,氮氧化物在内燃机中产生。

要为类似 NO 的奇数电子分子绘制路易斯结构,请考虑以下步骤:

  1. 确定价 (外壳) 电子的总数。 价电子的总和为 5 (从 N) + 6 (从 O) = 11。 奇数表示这是一个自由的激进分子,并非每一个原子在其价壳层中都有八个电子。
  2. 绘制分子的骨架结构。 可以轻松绘制具有 N – O 单个键的骨架结构。
  3. 在终端原子上以单独对的形式分布其余电子。 在这种情况下,没有中心原子,因此电子分布在两个原子周围。 在这些情况下,八种电子被分配给电离原子;因此,氧气中的价壳层是满的:
    Figure1
  4. 将所有剩余电子放置在中心原子上。 由于没有剩余电子,此步骤不适用。
  5. 重新排列电子以使用中心原子进行多个键,以便尽可能获得八隅体。 尽管奇数电子分子不能为每一个原子都有八偶体,但每个原子都应使电子尽可能接近八偶体。 在这种情况下,氮气周围只有五个电子。 为了更接近氮气八偶体,使用了一对来自氧气的单对来形成一个 NO 双键 (无双氧)。 (另一对单独的电子不能从氧气中产生三重键,因为氮气会有九种电子:)
    Figure2

缺电子分子

但是,有些分子含有没有填充价壳层的中心原子。 通常,这些分子中含有来自 2 和 13 类的中心原子,外层原子是氢,或其他原子不形成多个键。 例如,在铍化物, BeH2和硼三氟化物的路易斯结构中,铍和硼原子各自只有四个和六个电子。 可以在 BF3 中的硼原子和氟原子之间绘制一个具有双键的结构,以满足八偶体规则的要求,但实验证据表明键长度接近 B-F 单键的预期长度。 这表明最佳路易斯结构有三个 B – F 单键和缺电子硼。 化合物的反应也与缺电子硼保持一致。 但是, B-F 键比实际预期的 B-F 单键短一些,这表明实际分子中存在一些双键字符。

Figure3

像 BF3 中的硼原子这样的原子,没有八个电子,这种原子非常有反应性。 它很容易与一个含有原子的分子和一对单独的电子相结合。 例如, NH3 与 BF3反应,因为氮气上的单对可以与硼原子共享:

Figure4

超价分子

元素周期表第二个周期 (n = 2) 中的元素只能在其价壳层轨道位置容纳八个电子,因为它们只有四个价轨道位置 (一个 2s 和三个 2p 轨道位置)。 第三个或第三个以上周期 (n ≥ 3) 中的元素具有四个以上的价轨道位置,并且可以与其他原子共享四对以上的电子,因为它们在同一壳体内有空的轨道位置。 这些元素形成的分子有时被称为超价分子,如 PCL5 和 SF6。 在 PCL5 中,中心原子磷共享五对电子。 在 SF 中6,硫含量为六对电子。

Figure5

在一些超价分子 (如 IF5 和 XeF4) 中,中心原子外层的一些电子为孤对:

Figure6

在这些分子的路易斯结构中,在外层原子的价壳中填充了八个电子后,有一些电子被遗留在上面。 这些额外的电子必须分配给中心原子。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 7.3 节:路易斯符号和结构。

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