อะตอมและโมเลกุลอาจดูเล็กเกินกว่าจะศึกษาและทำความเข้าใจ แม้จะมีขนาดที่เล็กจิ๋ว แต่การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ได้เปิดเผยมากมายเกี่ยวกับพฤติกรรมของพวกมัน รวมถึงวิธีที่อะตอมรวมกันเป็นโมเลกุล เมื่อเวลาผ่านไป การศึกษาเหล่านี้นำไปสู่กฎออคเต็ต
การกำหนดกฎออคเต็ต
กฎออกเตตกล่าวว่าองค์ประกอบหลายอย่างใช้อิเล็กตรอนร่วมกันในชั้นนอกสุดของอิเล็กตรอนในวาเลนซ์ (นอกสุด) เมื่อพวกมันก่อตัวเป็นสารประกอบ คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของกฎออกเตตจากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น ระบุว่า "อะตอมจะสูญเสีย ได้รับ หรือแบ่งอิเล็กตรอนเพื่อให้ได้ การกำหนดค่าอิเล็กตรอนของก๊าซมีตระกูลที่ใกล้ที่สุด (8 วาเลนซ์อิเล็กตรอนยกเว้น He กับ 2)" จำไว้ว่า "เขา" หมายถึงฮีเลียม
ฮีเลียมมีความเสถียรด้วยอิเลคตรอน 2 ตัว ดังนั้น ฮีเลียมจะไม่รวมกับธาตุอื่นๆ เช่นเดียวกับก๊าซมีตระกูลอื่นๆ องค์ประกอบที่ใกล้เคียงกับฮีเลียมมากที่สุด (ไฮโดรเจน ลิเธียม และเบริลเลียม) จะได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อให้มีอิเล็กตรอนเพียง 2 ตัวเท่านั้นที่ยังคงอยู่ในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก ข้อแม้นี้บางครั้งถูกระบุว่าเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎออกเตต ซึ่งบางครั้งถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของกฎออกเตต และบางครั้งเรียกว่ากฎคู่
Lewis Dot Diagrams
ไดอะแกรมดอทลูอิสแสดงจำนวนและตำแหน่งสัมพัทธ์ของเวเลนซ์อิเล็กตรอน ตัวอย่างเช่น โครงสร้างจุดของฮีเลียมลูอิสแสดงวาเลนซ์อิเล็กตรอนสองตัวและเขียนเป็น :He แผนภาพจุดลูอิสสำหรับออกซิเจนซึ่งมีหก วาเลนซ์อิเล็กตรอน สามารถเขียนเป็น :Ö: ในขณะที่เบริลเลียม ลิวอิสดอทไดอะแกรมสามารถเขียนเป็น :เป็น: เพราะเบริลเลียมมีเวเลนซ์สี่ตัว อิเล็กตรอน
ไดอะแกรมดอทลูอิสช่วยให้เห็นภาพว่าอะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกันในสารประกอบอย่างไร ตัวอย่างเช่น อะตอมของไฮโดรเจน (H) มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว แผนภาพ Lewis dot .H แสดงหนึ่งจุดก่อนสัญลักษณ์ H ก๊าซไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะเดินทางเป็นคู่ อย่างไรก็ตาม โมเลกุลไฮโดรเจน Lewis dot diagram (H: H) แสดงอิเล็กตรอนร่วมกันสองอะตอม การเชื่อมต่อระหว่างอะตอมทั้งสองสามารถแสดงเป็นเส้นประแทนที่จะเป็นจุด ชวเลขทางเคมีที่แสดงการเชื่อมโยงของอะตอมมีลักษณะดังนี้: H.+.H = H: H หรือ H-H
วิธีใช้กฎออคเต็ต
กฎออกเตตระบุว่าอะตอมจะแบ่งหรือยืมอิเล็กตรอนเพื่อให้ได้จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนของก๊าซมีตระกูลที่ใกล้ที่สุด
ไอออนบวกเป็นองค์ประกอบที่ต้องการสูญเสียอิเล็กตรอน องค์ประกอบเหล่านี้อยู่ในกลุ่ม I-IV ในตารางธาตุ กลุ่มที่ 1 สูญเสียหรือแบ่งอิเล็กตรอนได้ 1 ตัว กลุ่ม II จะสูญเสียหรือแบ่งอิเล็กตรอน 2 ตัว เป็นต้น
ประจุลบเป็นอะตอมที่ต้องการรับอิเล็กตรอน องค์ประกอบเหล่านี้อยู่ในกลุ่ม IV-VII ในตารางธาตุ Group IV จะได้รับหรือแบ่งอิเล็กตรอน 4 ตัว กลุ่ม V จะได้รับหรือแบ่งอิเล็กตรอน 3 ตัว กลุ่ม VI สามารถรับหรือแบ่งอิเล็กตรอนได้ 2 ตัว และ Group VII สามารถรับหรือแบ่งอิเล็กตรอนได้หนึ่งตัว
ไฮโดรเจน (กลุ่ม I) มีอิเล็กตรอน 1 ตัว ดังนั้นแผนภาพจุดลูอิสจึงแสดง .H โดยมีจุดหนึ่งจุดก่อนสัญลักษณ์ไฮโดรเจน H ออกซิเจน (กลุ่ม VI) มีอิเล็กตรอน 6 ตัว ดังนั้นแผนภาพ Lewis dot จึงแสดง :Ö: โดยมีจุดหกจุดเว้นรอบสัญลักษณ์ของออกซิเจน O
พิจารณาไฮโดรเจน (กลุ่ม I) และออกซิเจน (กลุ่ม VI) โมเลกุลออกซิเจนที่มีอิเล็กตรอน 6 ตัวต้องการอิเล็กตรอนเพิ่มอีก 2 ตัว ไฮโดรเจนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 1 ตัว และต้องการอิเล็กตรอน 2 ตัว เมื่อไฮโดรเจนและออกซิเจนรวมกันเป็นน้ำ ออกซิเจนจะยืมอิเล็กตรอนจากอะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอม ในรูปแบบจุด Lewis โมเลกุลของน้ำดูเหมือน H: O: H โดยมีจุดคู่เพิ่มเติมด้านบนและด้านล่างของออกซิเจน สัญลักษณ์ (O) เพื่อแสดงอิเล็กตรอนทั้งหมดแปดตัวที่อยู่รอบ O และอิเล็กตรอนคู่หนึ่งสำหรับแต่ละอะตอมของไฮโดรเจน (H) ขณะนี้ทั้งออกซิเจนและไฮโดรเจนมีเปลือกความจุภายนอกที่สมบูรณ์
การสร้างภาพด้วยกฎออคเต็ต
กฎออกเตตช่วยให้เห็นภาพว่าอะตอมและโมเลกุลรวมกันอย่างไรโดยพิจารณาจากวิธีที่พวกมันใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน ตัวอย่างเช่น คาร์บอนไดออกไซด์สร้างโมเลกุลที่เสถียรโดยแบ่งอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม (กลุ่ม IV) และออกซิเจนสองอะตอม (กลุ่ม VI) อะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนรวมกันโดยใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน แผนภาพ Lewis dot แสดงคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันเป็นจุดสองเท่าระหว่างอะตอม โดยเขียนเป็น :Ö:: C:: Ö: (หรือ :Ö=C=Ö:) การตรวจสอบแผนภาพดอทลูอิสแสดงให้เห็นว่าสัญลักษณ์แต่ละองค์ประกอบมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนแปดตัว ซึ่งเป็นออคเต็ตรอบแต่ละอะตอม
ข้อยกเว้นกฎออคเต็ต
นอกจากกฎออกเตตเวอร์ชันคู่แล้ว อาจมีข้อยกเว้นอีกสองข้อสำหรับกฎออกเตตในบางครั้ง ข้อยกเว้นประการหนึ่งเกิดขึ้นเมื่อธาตุในแถวที่ 3 และเกินแปดเวเลนซ์อิเล็กตรอนของกฎออคเต็ต ข้อยกเว้นอื่นๆ เกิดขึ้นกับองค์ประกอบ Group III
ธาตุหมู่ที่ 3 มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว โครงสร้างจุดโบรอนลูอิสแสดงอิเล็กตรอนวาเลนซ์โบรอนก่อตัวเป็นรูปสามเหลี่ยม .Ḃ เพราะอิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะผลักหรือผลักออกจากกัน เพื่อให้โบรอนรวมกันทางเคมีกับไฮโดรเจน ออคเต็ตต้องการไฮโดรเจนห้าอะตอม อย่างไรก็ตาม โมเลกุลนี้เป็นไปไม่ได้เนื่องจากจำนวนและระยะห่างของประจุลบของอิเล็กตรอน โมเลกุลที่มีปฏิกิริยาสูงเกิดขึ้นเมื่อโบรอน (และองค์ประกอบกลุ่ม III อื่นๆ) ใช้อิเล็กตรอนร่วมกับไฮโดรเจนเพียง 3 อะตอม ทำให้เกิดสารประกอบ BH3ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียง 6 ตัวเท่านั้น
เคล็ดลับ
ตารางธาตุบางตารางระบุกลุ่มต่างกัน Group I คือ Group 1, Group II คือ Group 2, Group III คือ Group 3 ถึง 12, Group IV คือ Group 13, Group V คือ Group 14, และอื่นๆ Group VIII ระบุว่า Group 18.