Atome und Moleküle mögen zu klein erscheinen, um sie zu studieren und zu verstehen. Trotz ihrer winzigen Größe haben wissenschaftliche Studien jedoch viel über ihr Verhalten enthüllt, einschließlich der Art und Weise, wie sich Atome zu Molekülen verbinden. Im Laufe der Zeit haben diese Studien zur Oktettregel geführt.
Definieren der Oktettregel
Die Oktettregel besagt, dass viele Elemente ein Oktett (8) von Elektronen in ihrer Valenz (äußersten) Elektronenhülle teilen, wenn sie Verbindungen bilden. Eine formale Definition der Oktettregel der Northwestern University besagt, dass "Atome Elektronen verlieren, gewinnen oder teilen werden, um zu erreichen" die Elektronenkonfiguration des nächstgelegenen Edelgases (8 Valenzelektronen außer He mit 2)." Denken Sie daran, dass "He" für Helium steht.
Helium ist mit seinen zwei Elektronen stabil, daher verbindet sich Helium wie die anderen Edelgase normalerweise nicht mit anderen Elementen. Elemente, die dem Helium am nächsten sind (Wasserstoff, Lithium und Beryllium) gewinnen oder verlieren Elektronen, so dass nur zwei Elektronen in der äußeren Elektronenhülle verbleiben. Dieser Vorbehalt wird manchmal als Ausnahme von der Oktettregel aufgeführt, manchmal als Teil der Oktettregel angesehen und manchmal als Duettregel bezeichnet.
Lewis-Punkt-Diagramme
Lewis-Punkt-Diagramme stellen die Anzahl und die relative Position der Valenzelektronen dar. Zum Beispiel zeigt die Helium-Lewis-Punktstruktur zwei Valenzelektronen und wird als :He geschrieben. Das Lewis-Punkt-Diagramm für Sauerstoff mit sechs Valenzelektronen, könnte als :Ö: geschrieben werden, während das Beryllium-Lewis-Punkt-Diagramm als :Be: geschrieben werden könnte, weil Beryllium vier Valenzen hat Elektronen.
Lewis-Punkt-Diagramme helfen zu visualisieren, wie Atome Elektronen in Verbindungen teilen. Wasserstoffatome (H) haben beispielsweise nur ein Elektron. Das Lewis-Punktdiagramm .H zeigt einen Punkt vor dem Symbol H. Wasserstoffgas neigt jedoch dazu, sich paarweise zu bewegen, so dass das Lewis-Punkt-Diagramm des Wasserstoffmoleküls (H: H) die beiden Atome zeigt, die sich Elektronen teilen. Die Verbindung zwischen den beiden Atomen kann als Strich anstelle von Punkten dargestellt werden. Die chemische Abkürzung, die diese Verknüpfung von Atomen darstellt, sieht so aus: H.+.H = H: H oder H-H.
So verwenden Sie die Oktettregel
Die Oktettregel besagt, dass Atome Elektronen teilen oder ausleihen, um die Anzahl der Valenzelektronen des nächstgelegenen Edelgases zu erreichen.
Das Kation ist das Element, das Elektronen verlieren möchte. Diese Elemente befinden sich in den Gruppen I-IV des Periodensystems. Gruppe I kann ein Elektron verlieren oder teilen, Gruppe II wird zwei Elektronen verlieren oder teilen und so weiter.
Das Anion ist das Atom, das Elektronen aufnehmen möchte. Diese Elemente befinden sich in den Gruppen IV-VII des Periodensystems. Gruppe IV wird vier Elektronen aufnehmen oder teilen, Gruppe V wird drei Elektronen aufnehmen oder teilen, Gruppe VI kann zwei Elektronen aufnehmen oder teilen und Gruppe VII kann ein Elektron aufnehmen oder teilen.
Wasserstoff (Gruppe I) hat ein Elektron, daher zeigt das Lewis-Punktdiagramm .H mit einem Punkt vor dem Wasserstoffsymbol H. Sauerstoff (Gruppe VI) hat sechs Elektronen, daher zeigt das Lewis-Punktdiagramm :Ö: mit sechs Punkten, die um das Sauerstoffsymbol O herum angeordnet sind.
Betrachten Sie Wasserstoff (Gruppe I) und Sauerstoff (Gruppe VI). Das Sauerstoffmolekül mit seinen sechs Elektronen will zwei weitere Elektronen. Wasserstoff hat ein Valenzelektron und will zwei Valenzelektronen. Wenn sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbinden, borgt sich der Sauerstoff die Elektronen von zwei Wasserstoffatomen. Im Lewis-Punktformat sieht das Wassermolekül wie H: O:H aus mit zusätzlichen Punktpaaren über und unter dem Sauerstoff Symbol (O), um insgesamt acht Elektronen, die das O umgeben, und ein Elektronenpaar für jedes Wasserstoffatom (H) anzuzeigen. Sowohl Sauerstoff als auch Wasserstoff haben nun vollständige äußere Valenzschalen.
Visualisieren mit der Oktettregel
Die Oktettregel hilft zu visualisieren, wie sich Atome und Moleküle verbinden, indem sie sich ansehen, wie sie Elektronen teilen. Kohlendioxid bildet beispielsweise ein stabiles Molekül, indem es Elektronen zwischen einem Kohlenstoffatom (Gruppe IV) und zwei Sauerstoffatomen (Gruppe VI) teilt. Die Kohlenstoff- und Sauerstoffatome verbinden sich, indem sie sich ein Elektronenpaar teilen. Das Lewis-Punktdiagramm zeigt das gemeinsame Elektronenpaar als doppelte Punkte zwischen den Atomen, geschrieben als :Ö:: C:: Ö: (oder :Ö=C=Ö:). Die Untersuchung des Lewis-Punkt-Diagramms zeigt, dass jedes Elementsymbol acht Valenzelektronen, ein Oktett, um jedes Atom herum hat.
Ausnahmen von der Oktettregel
Neben der Duettversion der Oktettregel treten manchmal zwei weitere Ausnahmen von der Oktettregel auf. Eine Ausnahme tritt auf, wenn Elemente in Reihe 3 und darüber hinaus die acht Valenzelektronen der Oktettregel überschreiten. Die andere Ausnahme tritt bei Elementen der Gruppe III auf.
Elemente der Gruppe III haben drei Valenzelektronen. Die Bor-Lewis-Punktstruktur zeigt Bor-Valenzelektronen, die ein Dreieck bilden .Ḃ. weil sich die negativ geladenen Elektronen abstoßen oder voneinander wegstoßen. Damit sich Bor chemisch mit Wasserstoff verbinden kann, benötigt ein Oktett fünf Wasserstoffatome. Dieses Molekül ist jedoch aufgrund der Anzahl und des Abstands der negativen Ladungen der Elektronen unmöglich. Ein hochreaktives Molekül entsteht, wenn Bor (und andere Elemente der Gruppe III) Elektronen mit nur drei Wasserstoffatomen teilen und die Verbindung BH. bilden3, das nur sechs Valenzelektronen hat.
Tipps
Einige Periodensysteme beschriften die Gruppen unterschiedlich. Gruppe I ist Gruppe 1, Gruppe II ist Gruppe 2, Gruppe III ist Gruppe 3 bis 12, Gruppe IV ist Gruppe 13, Gruppe V ist Gruppe 14, und so weiter, wobei Gruppe VIII als Gruppe 18 gekennzeichnet ist.