Hypervalence

路易斯结构和八隅体规则共同提供简洁的迹象发生在分子的成键的类型和显示的模式单一和多个原子之间的债券。有很多化合物然而,不符合八隅体规则。最常见的八隅体规则的例外情况是所谓的hypervalent化合物。这些物种有更多的原子相连中心原子比可以满足八隅体的电子。一个例子是六氟化硫,科幻小说₆,写一个路易斯结构有六个S-F债券要求至少12电子周围存在硫atom:

(这里只显示了成键电子)。刘易斯,hypervalence要求扩张的八隅体10、12,甚至在某些情况下16个电子。Hypervalent化合物是很常见的,一般来说比化合物不稳定符合八隅体规则。

hypervalent化合物的存在似乎严重打击八隅体规则的有效性和刘易斯的共价键方式如果八隅体的扩张不能合理化或其发生预测。幸运的是,它可以被合理化,hypervalence可以预期的发生。简单来说,经验表明,hypervalence在阶段1和2是罕见的元素周期表(通过霓虹灯),但和后3中是很常见的。因此,可以使用八隅体规则与信心碳,氮,氧气,氟之后,但是hypervalence必须预期。的传统的这种区别的解释需要注意这一事实,时期3元素的价电子层n= 3,这是第一个壳中d轨道是可用的。(如上所述,这些轨道是占领后,4年代轨道已经满了,占的发生期4中的过渡金属)。因此认为,原子和随后的时期可以利用空的d轨道,以适应电子除了一个八位字节,因此允许hypervalent物种的形成。

在化学然而,重要的是不要让单纯的相关性冒充解释。虽然它是事实d轨道在元素显示hypervalence积极访问,它并不意味着他们负责。的确,量子机械的理论化学债券不需要调用d轨道参与。这些理论表明,hypervalence不超过的结果可能是更大的时期3元素的原子半径与第二阶段相比,结果一个中心原子可以装更多的原子本身。因此,hypervalence比一个空间(几何)问题的结果d轨道的可用性。有六个原子可以连着一个只有不到六个中心原子对电子是下面要讨论的。

Incomplete-octet化合物

比hypervalent化合物不太常见,但绝非少见,物种中,原子不实现的电子结构。这些化合物被称为incomplete-octet化合物。一个例子是复合三氟化硼,男朋友₃,这是作为一个工业催化剂。的硼(B)原子供应三个价电子,化合物的结构的表示是:

在只有六硼原子有一个份额价电子。可以写路易斯结构,满足八隅体规则。

然而,而在不完整的氟原子有三个孤八隅体结构,在这些共振结构一个氟原子只有两个孤对,所以它有部分投降电子硼原子。这是这样一个大力不利的电负性元素氟(这实际上是电负性最强的元素),和三个八位字节结构有更高能源比incomplete-octet结构。因此,后者的实际结构的更好的表示分子。事实上,正是因为男朋友₃分子有一个incomplete-octet结构,它是如此广泛使用作为催化剂,可以使用空缺的硼原子的价电子层其他原子,从而形成债券促进某些化学反应。

缺电子的化合物

刘易斯的另一个类型的异常方法结合化合物的存在,拥有太少电子写一个路易斯结构。这些化合物被称为缺电子的化合物。一个典型的例子一个缺电子的化合物乙硼烷B₂H₆。这种化合物至少需要七债券连接它的八个原子聚集在一起,但它只有6×2×3 + 1 = 12个价电子,足以形成只有6个共价键。再次,似乎,如hypervalent化合物,化合物缺电子的存在意味着一对电子债券在一起超过两个原子。的讨论量子机械理论,结合下面显示,这确实是如此。

一些例外刘易斯的理论成键的编目。进一步的缺陷。例如,这个理论是不定量和没有提供线索的优势如何债券或他们的长度可以评估。的形式呈现,也无法显示分子的形状。此外,该理论没有提供关于一个理由电子对的重要特征共价键。事实上,有物种拥有债券,依靠单个电子的存在。(单电子瞬态物种H₂⁺是一个例子)。然而,尽管有这些困难,刘易斯的焊接方法已被证明特别有用。它预测当八隅体规则可能是有效的,当hypervalence可以预期,并发生多个债券和孤对电子的存在与各种物种的化学性质。刘易斯的方法仍然被广泛使用作为一个经验法则来评估共价物种的结构和性质,与现代量子力学理论呼应一般内容。

下面的章节将讨论如何限制刘易斯的方法是可以克服的,首先通过扩展理论占分子形状,然后通过开发更彻底的量子力学理论的化学键。