Atomy i cząsteczki mogą wydawać się zbyt małe, aby je zbadać i zrozumieć. Jednak pomimo ich niewielkich rozmiarów, badania naukowe ujawniły wiele na temat ich zachowania, w tym sposób łączenia się atomów w molekuły. Z biegiem czasu te badania doprowadziły do powstania reguły oktetu.
Definiowanie reguły oktetu
Reguła oktetu mówi, że wiele pierwiastków ma wspólny oktet (8) elektronów w ich walencyjnej (zewnętrznej) powłoce elektronowej, gdy tworzą związki. Formalna definicja reguły oktetu, z Northwestern University, stwierdza, że „Atomy stracą, zyskają lub podzielą się elektronami, aby osiągnąć konfiguracja elektronowa najbliższego gazu szlachetnego (8 elektronów walencyjnych z wyjątkiem He z 2). Pamiętaj, że „He” reprezentuje hel.
Hel jest stabilny dzięki swoim dwóm elektronom, więc podobnie jak inne gazy szlachetne, hel zwykle nie łączy się z innymi pierwiastkami. Pierwiastki najbliższe helu (wodór, lit i beryl) zyskują lub tracą elektrony, tak że w zewnętrznej powłoce elektronowej pozostają tylko dwa elektrony. To zastrzeżenie jest czasami wymieniane jako wyjątek od reguły oktetu, czasami uważane za część reguły oktetu, a czasami nazywane regułą duetu.
Wykresy z kropkami Lewisa
Wykresy kropkowe Lewisa przedstawiają liczbę i względne pozycje elektronów walencyjnych. Na przykład struktura kropek helu Lewisa pokazuje dwa elektrony walencyjne i jest zapisana jako :He. Wykres kropkowy Lewisa dla tlenu, który ma sześć elektrony walencyjne można zapisać jako :Ö: podczas gdy wykres punktowy Lewisa berylu można zapisać jako :Be: ponieważ beryl ma cztery wartościowości elektrony.
Diagramy punktowe Lewisa pomagają zobrazować, w jaki sposób atomy dzielą elektrony w związkach. Na przykład atomy wodoru (H) mają tylko jeden elektron. Wykres punktowy Lewisa .H pokazuje jedną kropkę przed symbolem H. Gazowy wodór ma tendencję do przemieszczania się parami, więc diagram punktowy Lewisa (H: H) cząsteczki wodoru pokazuje dwa atomy dzielące elektrony. Połączenie między dwoma atomami może być pokazane jako kreska zamiast kropek. Skrót chemiczny reprezentujący to połączenie atomów wygląda tak: H.+.H = H: H lub H-H.
Jak korzystać z reguły oktetu?
Reguła oktetu mówi, że atomy będą dzielić lub pożyczać elektrony, aby osiągnąć liczbę elektronów walencyjnych najbliższego gazu szlachetnego.
Kation jest pierwiastkiem, który traci elektrony. Pierwiastki te znajdują się w grupach I-IV w układzie okresowym. Grupa I może stracić lub podzielić się jednym elektronem, Grupa II straci lub podzieli się dwoma elektronami i tak dalej.
Anion to atom, który chce uzyskać elektrony. Pierwiastki te znajdują się w grupach IV-VII układu okresowego. Grupa IV zdobędzie lub podzieli się czterema elektronami, Grupa V zdobędzie lub podzieli się trzema elektronami, Grupa VI może zdobyć lub podzielić się dwoma elektronami, a Grupa VII może zdobyć lub podzielić się jednym elektronem.
Wodór (Grupa I) ma jeden elektron, więc wykres kropkowy Lewisa pokazuje .H z jedną kropką przed symbolem wodoru H. Tlen (grupa VI) ma sześć elektronów, więc wykres kropkowy Lewisa pokazuje :Ö: z sześcioma kropkami rozmieszczonymi wokół symbolu tlenu O.
Rozważ wodór (Grupa I) i tlen (Grupa VI). Cząsteczka tlenu z sześcioma elektronami potrzebuje jeszcze dwóch elektronów. Wodór ma jeden elektron walencyjny i potrzebuje dwóch elektronów walencyjnych. Kiedy wodór i tlen łączą się, tworząc wodę, tlen pożycza elektrony od dwóch atomów wodoru. W formacie kropki Lewisa cząsteczka wody wygląda jak H: O:H z dodatkowymi parami kropek powyżej i poniżej tlenu symbol (O), aby pokazać w sumie osiem elektronów otaczających O i parę elektronów dla każdego atomu wodoru (H). Zarówno tlen, jak i wodór mają teraz kompletne zewnętrzne powłoki walencyjne.
Wizualizacja za pomocą reguły oktetu
Reguła oktetu pomaga zobrazować, jak atomy i cząsteczki łączą się, patrząc na to, jak dzielą się elektronami. Na przykład dwutlenek węgla tworzy stabilną cząsteczkę, dzieląc elektrony między jeden atom węgla (Grupa IV) i dwa atomy tlenu (Grupa VI). Atomy węgla i tlenu łączą się, dzieląc parę elektronów. Wykres punktowy Lewisa przedstawia wspólną parę elektronów jako podwojone kropki między atomami, zapisaną jako :Ö:: C:: Ö: (lub :Ö=C=Ö:). Analiza wykresu punktowego Lewisa pokazuje, że każdy symbol pierwiastka ma osiem elektronów walencyjnych, oktet, wokół każdego atomu.
Wyjątki od reguły oktetu
Oprócz wersji duetu reguły oktetu, czasami występują dwa inne wyjątki od reguły oktetu. Jeden wyjątek występuje, gdy elementy w rzędach 3 i dalej przekraczają osiem elektronów walencyjnych reguły oktetu. Drugi wyjątek występuje w przypadku elementów grupy III.
Pierwiastki grupy III mają trzy elektrony walencyjne. Struktura kropki Lewisa pokazuje elektrony walencyjne boru tworzące trójkąt .Ḃ. ponieważ ujemnie naładowane elektrony odpychają się lub odpychają od siebie. Aby bor łączył się chemicznie z wodorem, oktet wymaga pięciu atomów wodoru. Ta cząsteczka jest jednak niemożliwa ze względu na liczbę i rozmieszczenie ujemnych ładunków elektronów. Wysoce reaktywna cząsteczka tworzy się, gdy bor (i inne pierwiastki grupy III) dzielą elektrony tylko z trzema atomami wodoru, tworząc związek BH3, który ma tylko sześć elektronów walencyjnych.
Wskazówki
Niektóre tablice okresowe określają grupy inaczej. Grupa I jest oznaczona jako Grupa 1, Grupa II to Grupa 2, Grupa III to Grupy od 3 do 12, Grupa IV to Grupa 13, Grupa V to Grupa 14 i tak dalej, a Grupa VIII to Grupa 18.