원자가 8 개 이상의 원자가 전자를 가질 수 있습니까? 그렇지 않다면 왜 8이 한계입니까?

2017-10-27 업데이트

[참고 : 이전 표기법- 초점이 맞춰진 대답은이 업데이트 아래에 있습니다.]

예. 원자가 전자의 옥텟을 갖는 것은 대부분의 원자에 대해 예외적으로 깊은 에너지 최소값을 생성하지만 기본이 아닌 최소값 일뿐입니다. 충분히 강력한 보상 에너지 계수가있는 경우 옥텟을 강하게 선호하는 원자도 8가 쉘 전자보다 많거나 적은 안정적인 화합물을 형성 할 수 있습니다.

그러나 형성을 가능하게하는 동일한 결합 메커니즘 8 가보다 큰 원자가 쉘은 이러한 결합이 이온 또는 공유 결합으로 해석되는지 여부에 따라 이러한 쉘의 대체 구조 해석을 가능하게합니다. Manishearth “의 훌륭한 답변 는이 문제를 훨씬 더 자세히 탐구합니다. 내가 여기서하는 것보다.

Sulfur hexafluoride, $ \ ce {SF6} $는 이러한 모호함의 좋은 예를 제공합니다. 원래 답변에서 도식적으로 설명했듯이 $ \ ce {SF6} $의 중심 황 원자는 다음 중 하나로 해석 될 수 있습니다.

(a) 6 개의 원자가 전자가 모두있는 황 원자 6 개의 불소 원자에 의해 완전히 이온화되거나

(b) 6 개의 8 면체에 위치한 불소 원자에 의해 생성 및 안정화되는 안정적이고 대칭성이 높은 12- 전자 원자가 껍질을 가진 황 원자, 각각 공유 결합 중심 황 원자와 전자쌍을 공유합니다.

이 두 해석은 순전히 구조적 관점에서 타당하지만 이온화 해석에는 심각한 문제가 있습니다.

첫 번째이자 가장 큰 문제는 6 개의 유황 원자가 전자를 모두 완전히 이온화하려면 비현실적인 에너지 수준이 필요합니다 ( “천문학적”이 더 적절한 단어 일 수 있음).

두 번째 문제는 $의 안정성과 깨끗한 팔면체 대칭입니다. \ ce {SF6} $는 황 원자 주변의 12 개 전자가 안정된 우물에 도달했음을 강력하게 암시합니다. 정의 된 에너지 최소값은 일반적인 옥텟 구조와 다릅니다.

두 점 모두 $ \ ce {SF6} $의 유황 원자가 껍질에 대한 더 간단하고 에너지 적으로 정확한 해석은 전자가 12 개라는 것입니다. 안정된 비 옥텟 구성.

또한 황의 경우이 12- 전자 안정 에너지 최소값은 전이 원소 껍질에서 볼 수있는 원자가 관련 전자의 더 많은 수와 관련이 없습니다. 더 복잡한 궤도에 접근 할 수있는 충분한 전자가 있습니다. $ \ ce {SF6} $의 12 전자가 쉘은 거의 모든 다른 상황에서 원자가 전자의 옥텟을 선호하는 원자에 대한 규칙의 진정한 굴곡입니다.

이것이 제 이유입니다. 이 질문에 대한 전체적인 대답은 단순히 “예”입니다.

질문 : 왜 옥텟이 특별한가?

안정적인 비 옥텟 원자가 껍질의 반대 측면 옥텟 껍질은 왜 너무 깊고 보편적 인 에너지 최소값을 제공하여 전체 주기율표가 옥텟 원자가 껍질이있는 희가스로 끝나는 줄 (헬륨 제외)로 구성되는 이유는 무엇입니까?

In 요컨대, 그 이유는 $ n = 1 $ 포탄 (헬륨)의 특수한 경우 이상의 에너지 수준에 대해 “닫힌 포탄”궤도 집합 $ \ {s, p_x, p_y, p_z \} $가 유일한 것입니다. 각운동량이 (a) 모두 상호 직교하고 (b) 3 차원 공간에 대한 이러한 모든 직교 가능성을 포함하는 궤도의 조합입니다.

각운동량 옵션의 고유 한 직교 분할입니다. $ \ {s, p_x, p_y, p_z \} $ 궤도 옥텟을 특히 깊고 가장 높은 에너지 쉘에서도 관련성이있는 3D 공간. 우리는 희가스의 놀라운 안정성에서 이것의 물리적 증거를 볼 수 있습니다.

각운동량 상태의 직교성이 원자 규모에서 매우 중요한 이유는 모든 전자가 고유 한 특성을 갖도록 요구하는 Pauli 배제 원리 때문입니다. 고유 한 상태. 직교 각운동량 상태를 갖는 것은 전자 궤도 사이에 강력한 상태 분리를 제공하는 특히 깨끗하고 쉬운 방법을 제공하므로 Pauli 배제에 의해 부과되는 더 큰 에너지 불이익을 피할 수 있습니다.

Pauli 배제는 반대로 불완전한 직교 궤도 세트를 만듭니다. 에너지 적으로 덜 매력적입니다. 더 많은 궤도가 8 진수의 완전 직교 $ p_x $, $ p_y $ 및 $ p_d $ 궤도와 동일한 구형 공간을 공유하도록 강제하기 때문에 $ d $, $ f $ 및 더 높은 궤도는 점점 더 직교 적이 지 않게됩니다. 따라서 Pauli 제외 에너지 패널티가 증가합니다.

최종 참고 사항

나중에 고전적인 위 성형 원형 궤도의 관점에서 각운동량 직교성을 설명하기 위해 또 다른 부록을 추가 할 수 있습니다. 만약 그렇다면, $ p $ 궤도가 왜 그렇게 기이하게 다른 덤벨 모양을 가지고 있는지에 대한 설명을 추가하겠습니다.

(힌트 : 사람들이 두 개의 루프를 만드는 것을 본 적이 있다면 단일 스킵 로프, 이러한 이중 루프 뒤에있는 방정식은 $ p $ 궤도 뒤에있는 방정식과 예상치 못한 유사성을 갖습니다.)

2014 년의 원래 답변 (변경되지 않음) )

이 답변은 Manishearth의 이전 답변 을 보완하기위한 것입니다. 그것과 경쟁하십시오. 저의 목표는 원자가 껍질에 8 개의 전자의 일반적인 보완 물보다 더 많은 것을 포함하는 분자에도 옥텟 규칙이 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여주는 것입니다.

저는 이것을 기부 표기법이라고 부르며 제 고등학교로 거슬러 올라갑니다. 저의 작은 마을 도서관에있는 텍스트의 화학 물질이 탄산염, 염소산염, 황산염, 질산염, 인산염과 같은 음이온에서 산소 결합이 어떻게 작용하는지 설명하지 못했던 날입니다.

이 표기법의이면에있는 아이디어입니다. 간단합니다. 전자 점 표기법으로 시작한 다음 다른 원자가 각 전자를 “차용”하는지 여부와 방법을 나타내는 화살표를 추가합니다. 화살표가있는 점은 전자가 주로 화살표 밑에있는 원자에 “속하지만”다른 원자가 해당 원자의 옥텟을 완성하는 데 사용하고 있음을 의미합니다. 점이없는 단순한 화살표는 전자가 원래 원자를 효과적으로 떠났습니다.이 경우 전자는 더 이상 화살표에 부착되지 않고 대신 화살표 끝에있는 원자의 원자가 전자 수가 증가하는 것으로 표시됩니다.

다음은 식염 (이온)과 산소 (공유)를 사용한 예입니다.

공지 $ \ ce {NaCl} $의 이온 결합은 단순히 화살표로 표시되어 가장 바깥 쪽 전자를 “기증”하고 자체 완성 우선 순위를 충족시키기 위해 내부 전자 옥텟으로 되돌아 갔음을 나타냅니다. (이러한 내부 옥텟은 다음과 같습니다. 표시되지 않음)

공유 결합은 각 원자가 하나의 전자를 결합에 기여할 때 발생합니다. 기부 표기법은 두 전자를 모두 표시하므로 이중 결합 산소 원자 사이에 4 개의 화살표가 있습니다.

단, 단순한 공유 결합에는 기부 표기법이 실제로 필요하지 않습니다. 이는 음이온에서 결합이 어떻게 작용하는지 보여주기위한 것입니다. 밀접하게 관련된 두 가지 예는 황산 칼슘 ($ \ ce {CaSO4} $, 석고로 더 잘 알려짐)과 칼슘 설 파이트 ($ \ ce {CaSO3} $, 일반적인 식품 방부제)입니다. ) :

이 예에서 칼슘은 대부분 이온 결합을 통해 기부하므로 기여도 두 개의 전자를 음이온 코어에 제공하는 화살표 쌍이되어 황 원자의 옥텟을 완성합니다. 그러면 산소 원자가 황에 부착되어 실제로는 어떠한 대가로도 기여하지 않고 전체 전자 쌍을 “빌려”있습니다.이 차용 모델 황 (황산염 및 아황산염) 및 질소 (질산염 및 아질산염)와 같은 원소에 대해 하나 이상의 음이온이 존재할 수있는 주요 요인입니다. 중심 원자가 완전한 옥텟을 형성하는 데 산소 원자가 필요하지 않기 때문에 중앙 옥텟의 일부 쌍이 부착되지 않은 상태로 유지 될 수 있습니다. 아황산염 및 아질산염과 같은 ns.

마지막으로 더 모호한 예는 육 불화 황입니다.

그림은 두 가지 옵션을 보여줍니다. $ \ ce {SF6} $는 황이 모든 전자를 극도로 공격적인 불소 원자에 포기하는 금속 인 것처럼 모델링해야하거나 (옵션 a) 옥텟 규칙이 더 약하지만 여전히 실행 가능한 12 전자 규칙 (옵션 b)? 이러한 사건을 어떻게 처리해야하는지에 대해 오늘도 몇 가지 논란이 있습니다 . 기부 표기법은 이러한 경우에 옥텟 원근법을 여전히 적용 할 수있는 방법을 보여줍니다. 이러한 극단적 인 경우 1 차 근사 모델에 의존하는 것은 좋지 않습니다.

2014-04-04 업데이트

마지막으로 점과 화살표가 지겨워지고 표준 원자가 채권 표기법에 더 가까운 것을 갈망하는 경우 , 다음 두 가지 등가가 유용합니다.

상단 직선 등가는 다음과 같습니다. 결과적인 선이 유기 화학의 표준 공유 결합과 모양과 의미가 동일하기 때문에 사소합니다.

두 번째 u-bond 표기법은 새로운 표기법입니다. 나는 1970 년대에 고등학교에서 좌절감에서 그것을 발명했지만 (예, 나는 그렇게 나이가 많았습니다), 그 당시에는 아무것도하지 않았습니다.

u-bond 표기법의 주요 장점은 표준 원자가 만 사용하면서 비표준 결합 관계를 프로토 타입하고 평가할 수 있다는 것입니다. 직선 공유 결합과 마찬가지로 u- 결합을 형성하는 선은 단일 전자 쌍을 나타냅니다. 그러나 u- 결합에서 쌍의 전자를 모두 기증하는 것은 U의 바닥에있는 원자입니다. 그 원자는 거래에서 아무것도 얻지 못하므로 결합 요구가 변경되거나 충족되지 않습니다. 결합 완료의 부족은 u 결합의 해당쪽에 선 끝이없는 것으로 나타납니다.

U 상단의 거지 원자는 둘 다 를 사용하게됩니다. 즉, 원자가 결합 요구의 2 가 충족됨을 의미합니다. 표기 적으로 이것은 U의 두 선 끝이 그 원자 옆에 있다는 사실에 의해 반영됩니다.

전체적으로 보면 u- 결합의 맨 아래에있는 원자는 “I don “좋지 않지만 한 쌍의 전자를 간절히 원하고 아주 가까이에 머 무르겠다고 약속하면 이미 완성 된 내 전자 쌍을 붙잡도록하겠습니다. 옥텟. “

일산화탄소는 당황스러워”왜 탄소가 갑자기 2 가를 갖게 되는가? ” 구조는 u- 결합이 더 전통적인 결합 수의 관점에서 이러한 화합물을 어떻게 해석하는지 잘 보여줍니다.

탄소의 4 개 결합 중 2 개는 산소와의 표준 공유 결합에 의해 분해되고 나머지 2 개의 탄소 결합은 u- 거지 탄소가 이미 가득 찬 옥텟의 산소로부터 전자쌍 중 하나를 “공유”하게하는 결합. 탄소는 4 개의 결합을 나타내는 4 개의 선 끝으로 끝나고 산소는 2 개로 끝납니다. 따라서 두 원자 모두 표준 결합 수를 만족합니다.

이 그림에서 또 다른 미묘한 통찰력은 u- 결합이 단일 전자 쌍을 나타내므로 하나의 u- 결합과 두 개의 전통적인 공유 결합의 조합을 나타냅니다. 탄소와 산소 원자 사이에는 총 6 개의 전자가 포함되므로 두 질소 원자 사이의 6 전자 삼중 결합과 유사해야합니다. 이 작은 예측은 올바른 것으로 밝혀졌습니다. 질소와 일산화탄소 분자는 사실 전자 배열 상 동체이며, 그 결과 중 하나는 거의 동일한 물리적 화학적 특성을 갖는다는 것입니다.

아래는 몇 가지 추가 예입니다. u- 결합 표기법이 어떻게 음이온, 희가스 화합물 및 이상한 유기 화합물을 만드는지에 대한 설명 :

댓글

• 높은 등급에 대해 비판적인 의견을 말해야하는 것이 유감입니다. 하지만 이것은 질문에 대한 답이 아니라 공명 구조의 대체 그래픽 표현에 대한 서신입니다.
• @Eric ‘ 의 코멘트. 이것은 너무나 단순한 개념을 촉진하는 것처럼 매우 높은 투표를받은 답변이라는 것은 불행한 일입니다. 특히 업데이트 후에는 이산화탄소에 대한 ” u ” 표기법이 전혀 의미가 없습니다. 이것은 매우 복잡한 분자이며 소위 ” u 결합 “은 기존 결합과 구별 할 수 없습니다.
• @TerryBollinger 원자가 전자가 8 개 이상인 원자의 예는 전이 금속입니다. 다른 것들은 악티늄 족과 란탄 족족을 포함합니다. 우리는 ‘ 8 원자가 이상의 전자를 가진 원자를 갖는 데 4D 우주가 필요하지 않습니다.
• 실제로이 답변이 원래보다 더 나빠 졌다는 것을 믿을 수 없습니다. 였다. 12 개의 전자가의 경우에는 다음과 같은 전제 조건도 포함해야합니다. 황의 d- 오비탈에 전자를 가짐; 꽤 많이 반증되었습니다. (확장 된 옥텟, 방아쇠 단어의 이름을 지정하는 하이퍼 밸런시.) 또한 공명과 마찬가지로 그런 방식으로 본딩을 설명하는 것은 절대적으로 불필요하며 3c2e 및 3c4e 본드의 조합도 불필요한 버팀목이지만 적어도 그 ‘ 완전히 틀린 것은 아닙니다. 결합은 공유 및 이온 기여를 할 수 있습니다.
• 현재 이미 그렇게하고있는 답변이 3 개 이상 있습니다. 불행히도 그들은 당신이 제시하는 것만 큼 간단하지 않기 때문에 당신처럼 속일 정도로 간단하게 작성되지 않았습니다. 밝혀진 과학적 신화가 살아있는 것은 바로 이와 같은 해답입니다. 이를 해결하는 유일한 방법은 다음과 같이 말하는 것입니다. 당신이 틀 렸습니다.

예, 가능합니다. 우리는 “수퍼 옥텟 원자”를 포함하는 분자를 가지고 있습니다. 예 :

$ \ ce {PBr5, XeF6, SF6, HClO4, Cl2O7, I3-, K4 [Fe (CN) 6], O = PPh3} $

거의 모든 배위 화합물은 초 옥텟 중심 원자를 가지고 있습니다.

기간 3 이후의 비금속도 이것에 취약합니다.할로겐, 유황 및 인은 반복적 인 범죄자이며 모든 고귀한 가스 화합물은 수퍼 옥텟입니다. 따라서 유황은 +6, 인 +5 및 할로겐 +1, +3, +5 및 +7의 원자가를 가질 수 있습니다. 이것들은 여전히 공유 결합 화합물입니다. 원자가는 공유 결합에도 적용됩니다.

일반적으로 이것이 보이지 않는 이유는 다음과 같습니다. 기본적으로 원자 궤도 .

aufbau 원리 에 따라 전자는 $ 기간 동안 이러한 궤도를 채 웁니다. n $ :

$ n \ mathrm {s}, (n-2) \ mathrm {f}, (n-1) \ mathrm {d}, n \ mathrm {p} $

(이론적으로 $ \ mathrm {f} $ 앞에 $ (n-3) \ mathrm {g} $가있는 식입니다.하지만 아직 이러한 궤도를 가진 원자는 없습니다.)

이제 가장 바깥 쪽 셸은 $ n $입니다. 각 기간에 Aufbau 원칙에 따라이 셸을 채울 슬롯은 8 개뿐입니다. $ n \ mathrm {s} $에는 2 개, $ n \ mathrm {p} $. 주기율표가이 원리를 거의 따르기 때문에 일반적으로 수퍼 옥텟 원자를 볼 수 없습니다.

하지만 $ \ mathrm {d, f} $ 궤도는 껍데기는 여전히 (빈 궤도로) 존재하며 필요한 경우 채울 수 있습니다. “존재한다”는 것은 쉽게 채울 수있을만큼 에너지가 낮다는 의미입니다. 위의 예는 이러한 빈 궤도를 혼성화하여 초 옥텟 종을 생성하는 중심 원자로 구성됩니다 (공유 결합이 각각 전자를 추가하기 때문에)

나는 다음과 같이 주기율표를 만들었습니다. 표시된 포탄. 혼동을 피하기 위해 숫자 대신 쉘 문자를 사용했습니다. $ K, L, M, N $는 쉘 1,2,3,4 등을 나타냅니다. 테이블의 한 조각이 “M9-M18″로 표시되면 해당 블록의 첫 번째 요소가 M (세 번째) 쉘의 아홉 번째 전자를 “채우고”마지막 요소가 18 번째를 채 웁니다.

확대하려면 클릭 :

_{(이 이미지 )}

$ \ ce {Cu} $, $ \ ce {Cr} $, $ \와 같은 몇 가지 불규칙성이 있습니다. ce {Ag} $ 및 표에 특별히 표시하지 않은 다른 모든 것입니다.

댓글

• 그러한 높은 찬성 답변에 면책 조항을 추가하십시오. 입문 화학에서 일반적으로 가르치는 반면, 초가에서 d- 궤도의 관여는 사실이 사실이 아닙니다 , 사실 채울 에너지가 충분히 낮지 않습니다 . . 이 질문에 대한 Gavin Kramar ‘의 답변 은 더 정확한 방식으로 hypervalency를 설명합니다.

화학 및 일반적으로 과학에서 동일한 경험적 규칙을 설명하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 여기서는 양자 화학에 대해 매우 가벼운 개요를 제공합니다. 초보자 수준에서는 상당히 읽을 수 있어야하지만 전자 껍질의 존재 이유를 가장 깊이 설명하지는 않습니다.

인용하는 규칙은 옥텟 규칙 , 그 공식 중 하나는

낮은 원자 ( Z < 20) 원자 번호는 원자가 껍질에 각각 8 개의 전자가있는 방식으로 결합하는 경향이 있습니다.

구체적으로 최대 원자가 (즉, 원자가 쉘의 전자 수)가 아니라 분자의 선호 원자가에 대한 것임을 알 수 있습니다. 일반적으로 분자의 Lewis 구조 를 결정하는 데 사용됩니다.

그러나 옥텟 규칙은 이야기의 끝이 아닙니다. 수소 (H)와 헬륨 (He)을 살펴보면 8 전자 원자가를 선호하지 않고 2 전자 원자가를 선호하는 것을 볼 수 있습니다. H ₂ , HF, H ₂ O, He (이미 두 개의 전자가 있고 분자를 형성하지 않음).이를 duet 규칙 . 또한 모든 전이 금속 은 적절하게 명명 된 18 전자 규칙 금속 착물을 형성 할 때. 이는 전자가 껍질 로 구성되는 원자의 양자 특성 때문입니다. (K 쉘이라고 함)에는 2 개의 전자가 있고, 두 번째 (L 쉘)에는 8 개, 세 번째 (M 쉘)에는 18 개의 전자가 있습니다. 원자는 대부분의 경우 원자가 전자가 쉘을 완전히 채우도록 시도함으로써 분자로 결합됩니다.

마지막으로 일부 화합물에는 듀엣 / 옥텟 / 18 전자 규칙을 위반하는 요소가 있습니다.주요 예외는 초가 분자 의 계열입니다. 여기서 주 그룹 요소는 원자가 쉘에 명목상 8 개 이상의 전자를 가지고 있습니다. 인과 황은 가장 일반적으로 $ \ ce {PCl5} $, $ \ ce {SF6} $, $ \ ce {PO4 ^ 3-} $, $ \ ce {SO4 ^ 2-} $를 포함한 초가 분자를 형성하는 경향이 있습니다. , 등등. 이러한 방식으로 작동 할 수있는 다른 요소로는 요오드 (예 : $ \ ce {IF7} $), 크세논 ($ \ ce {XeF4} $) 및 염소 ($ \ ce {ClF5} $)가 있습니다. (이 목록은 완전하지 않습니다.)

Gavin Kramar의 답변 은 옥텟을 깬 것임에도 불구하고 이러한 초가 분자가 어떻게 생성 될 수 있는지 설명합니다. 규칙.

댓글

• 이는 질문자가 고등학교에 재학 중이거나 최근 졸업 한 경우 정의 문제 일 수 있습니다. 내가 선반에서 가져온 고등학교 교과서의 처음 세 권 (AP 및 기초 화학)은 원자가 전자에 대한 정의를 ” 가장 높은 점유 주 에너지 수준의 전자로 사용합니다. “.
• 18 전자 / EAN 규칙은 ‘ 항상 따르는 것은 아닙니다. 상자성, 팔면체 복합체는 결코 따르지 않습니다. . ‘ 할 수 없습니다. 사면체 / 사각형 평면 복합체도 마찬가지입니다. 그러나 이것들은 보통 여전히 초 옥텟입니다.
• @ManishEarth I ‘ 전자 구조 개념을 다루는 SE에 주어진 일부 답변에 대해 매우 걱정합니다. 1900 년의 ” 이유 ” 질문에 답변하는 방법에 대한 메타 토론을 시작하는 것이 유용한 지 궁금합니다. ‘의 화학적 결합 이론-해답은 오래된 화학적 규칙 또는 양자 역학의 관점에서 이루어져야합니까?
• 헬륨이있는 분자가 있습니다. 예 : 헬륨 하이드 라이드.

이 토론에 추가 할 가치가 있지만 놀랍지 않은 것은 $ \ ce {SF6} $와 같은 “초가”분자에 대해 언급되었습니다.

대학의 교수 중 한 명이 나에게 일반적인 설명 (빈 d- 오비탈이 비어있어서 접근 할 수 있다는 것)을 알려주었습니다. 실제로 대부분 부정확합니다. 이것은 구식 설명이지만, 어떤 이유로 학교에서 지속적으로 가르치고 있습니다. 궤도 교잡에 관한 Wikipedia 기사 의 인용문 :

1990 년 Magnusson은 2 열 원소의 초가 화합물에서 결합에서 d- 오비탈 혼성화의 역할을 확실히 배제하는 중요한 연구입니다.
( J. Am. Chem. Soc. 1990, 112 (22), 7940–7951. DOI : 10.1021 / ja00178a014 .)

실제로 숫자를 보면 이러한 궤도와 관련된 에너지는 실험적으로 발견 된 결합 에너지보다 훨씬 높습니다. $ \ ce {SF6} $와 같은 분자는 d- 오비탈이 이러한 유형의 분자 구조에 전혀 관여 할 가능성이 거의 없음을 의미합니다.

사실 옥텟에 갇혀있게됩니다. 규칙. $ \ ce {S} $는 d- 오비탈에 도달 할 수 없기 때문에 원자가에 8 개 이상의 전자를 가질 수 없습니다. 원자가 등의 정의에 대해서는이 페이지의 다른 토론을 참조하십시오. 그러나 가장 기본적인 정의에 따르면 예, 8 개만 있습니다. ). 일반적인 설명은 3 중심 4 전자 결합의 개념입니다. 이는 본질적으로 황과 두 개의 불소가 180도 떨어져있는 분자 궤도 사이에 4 개의 전자 만 공유한다는 생각입니다.

이를 이해하는 한 가지 방법 유황이 하나의 $ \ ce {F} $에 공유 결합되고 다른 하나에는 이온 적으로 결합되는 한 쌍의 공명 구조를 고려하는 것입니다.

$$ \ ce {F ^ {-} \ bond {.. .} ^ {+} SF <-> F-S + \ bond {…} F-} $$

이 두 구조의 평균을 낼 때 황은 양전하를 유지하고 각 불소는 일종의 “반”전하를 가지고 있음을 알 수 있습니다. 또한 황은 두 구조 모두에서 그와 관련된 두 개의 전자 만 가지고 있습니다. 즉, 두 개의 전자 만 축적하면서 두 개의 불소에 성공적으로 결합했다는 의미입니다. 그것들이 180도 떨어져 있어야하는 이유는 분자 궤도의 기하학적 구조 때문입니다. 이것은이 답변의 범위를 벗어납니다.

다시 살펴보기 위해, 우리는 두 개의 불소와 결합했습니다. 황은 2 개의 전자와 1 개의 양전하를 황에 축적합니다. $ \ ce {SF6} $에서 나머지 4 개의 불화물을 정상적인 공유 방식으로 결합하면, 우리는 여전히 황 주위에 10 개의 전자를 갖게됩니다. 따라서 또 다른 3-center-4 전자 결합 쌍을 사용하여 8 개의 전자 (s 및 p가 궤도를 모두 채움)를 달성하고 황에 $ + 2 $ 전하를, 주위에 분포 된 $ -2 $ 전하를 얻습니다. 3c4e 결합에 관여하는 4 개의 불소.(물론, 모든 불소는 동등해야합니다. 그래서 모든 공명 구조를 고려한다면 전하가 모든 불소 주위에 실제로 분포 될 것입니다.)

실제로 많은 증거가 있습니다. $ \ ce {ClF3} $ (T- 모양 기하학)와 같은 분자의 결합 길이를 살펴보면 가장 단순한 결합 방식을 지원합니다. 두 불소는 서로 180도 떨어져있는 결합이 약간 더 길어집니다. 2 개의 $ \ ce {Cl-F} $ 결합 (공유 및 이온 결합을 평균화 한 결과)의 공유 량이 약화되었음을 나타냅니다.

관련된 분자 궤도의 세부 사항에 관심이있는 경우 이 답변 을 읽어보십시오.

TL; DR Hypervalency는 실제로 그렇지 않습니다. 존재하고 비전이 금속에 $ \ ce {8 e-} $ 이상을 갖는 것은 생각보다 훨씬 어렵습니다.

댓글

• 앞에서 언급했듯이 이것은 답변은 여기에 있습니다.

이 질문은 답변하기 어려울 수 있습니다. 원자가 전자의 몇 가지 정의입니다. 일부 책과 사전에서는 원자가 전자를 “화학 결합에 참여하는 외피 전자”로 정의하며이 정의에 따라 요소는 F “x에 의해 설명 된 것처럼 8가 이상의 원자가 전자를 가질 수 있습니다.

일부 책과 사전에서는 정의합니다. 원자가 전자를 “가장 높은 주 에너지 수준의 전자”로 정의합니다.이 정의에 따르면 $ n-1 $ $ d $ 궤도가 $ n $ $ s $ 궤도 다음에 채워지기 때문에 원소는 원자가 전자가 8 개뿐입니다. n $ $ p $ 궤도가 채워집니다. 따라서 가장 높은 주 에너지 레벨 인 $ n $에는 원자가 전자가 포함됩니다.이 정의에 따라 전이 금속은 모두 원자가 전자가 1 개 또는 2 개입니다 ($에있는 전자 수에 따라 다름). s $ vs. $ d $ 궤도).

예 :

• 2 개의 $ 4s $ 전자가있는 Ca는 2 개의 원자가 전자를 갖습니다 (4 번째 주 에너지 수준의 전자). .
• 2 개의 $ 4s $ 전자와 1 개의 $ 3d $ 전자를 가진 Sc는 2 개의 원자가 전자를 갖습니다.
• Cr에는 1 개의 $ 4s $ 전자와 5 개의 $ 3d $ 전자가 있습니다. ron은 하나의 원자가 전자를 가질 것입니다.
• Ga는 2 개의 $ 4s $ 전자, 10 개의 $ 3d $ 전자, 1 개의 $ 4p $ 전자는 3 개의 원자가 전자를 갖습니다.

다른 정의로, 그들은 더 많은 “외부 쉘”전자를 가지고 있기 때문에 더 많이 가질 수 있습니다 ($ d $ 쉘이 채워질 때까지).

가가 전자에 대해 “가장 높은 주 에너지 수준”정의를 사용하면 전이 금속이 이온을 형성 할 때 원자가 전자 ($ d $ 전자)가 먼저 손실되기 때문에 전이 금속 이온의 상자성 거동을 정확하게 예측할 수 있습니다. 이온.

규칙과 자연의 법칙에는 큰 차이가 있습니다. “옥텟 규칙”은 어떻게 든 화학 입문 서적에 들어갈 수 있었고 현대 양자 역학의 출현으로 쫓겨 난 적이없는 지난 세기의 개념입니다. (순환 적 증거 : 개별 전자를 식별하여 “가가”또는 “가가 아님”이라고 표시하는 것은 불가능합니다.)

따라서 이유 / 왜에 대한 물리적 증거를 바탕으로 답을 찾을 수 없습니다. 물리적 증거에 기반하지 않은 규칙이 적용됩니다.

전자가 “슬롯”처럼 스스로를 이용하기 때문이 아니라 정전 기적으로 유리한 상황이기 때문에 원자는 공간 구성을 취합니다.

댓글

• 개념으로 많은 것을 설명하기 쉬웠 기 때문에 들어 왔을 것입니다. ‘ 아주 단순한 방식으로 많은 것을 설명 할 수 있고 그렇게하면서 진실에 충분히 가깝기 때문에 쫓겨납니다. 또한 전자 를 식별하는 것이 불가능할 수도 있지만 계산이 가능합니다. 오비탈 , 즉 전자쌍과 혼성화 및 혼합으로 저글링하여 코어 오비탈 또는 원가 오비탈 중 하나에 할당합니다. 본드 / 원자에 연결하고 원자 당 4 개 유형의 솔루션을 제공합니다.

왜 8입니까? 위의 답변으로 실제로 해결되지 않았으며 질문과는 접할 수 있지만 고려하는 것이 다소 중요합니다. 일반적으로 원자는 모든 궤도와 상호 작용하는 전자와 함께 완전한 양자 “쉘”을 형성하기 위해 반응합니다.

주 양자 수 ($ n $)는 최대 방위각 양자 수 ($ l)를 결정합니다. $), $ l $는 $ 0 $에서 $ n-1 $ 사이의 값만 가질 수 있다는 의미입니다. 따라서 첫 번째 행의 경우 $ n = 1 $ 및 $ l = 0 $입니다. 두 번째 행의 경우 $ n = 2 $이므로 $ l = 0,1 $입니다. 세 번째 행의 경우 $ n = 3 $이므로 $ l = 0, 1, 2 $.

방위 양자 수 $ l $는 가능한 자기 양자 수 ($ m_l $)의 범위를 결정합니다. $ -l \ leq m_l \ leq + l $ 범위에 있습니다. 따라서 첫 번째 행의 경우 $ m_l = 0 $입니다. 두 번째 행의 경우 $ n = 2 $ 및 $ l = 1 $이면 $ m_l = -1, 0, 1 $입니다.세 번째 행의 경우 $ n = 3 $, $ l = 0, 1, 2 $, $ m_l = -2, -1, 0, 1, 2 $.

마지막으로 스핀 양자 수 $ m_s $는 $ + 1 / 2 $ 또는 $ -1 / 2 $ 일 수 있습니다.

각 껍질을 채울 수있는 전자의 수는 양자 수의 조합 수와 같습니다. $ n = 2 $의 경우

$$ \ begin {array} {cccc} n & l & m_l & m_s \\ \ hline 2 & 0 & 0 & +1/2 \\ 2 & 0 & 0 & -1/2 \\ 2 & 1 & +1 & +1/2 \\ 2 & 1 & +1 & -1/2 \\ 2 & 1 & 0 & +1/2 \\ 2 & 1 & 0 & -1/2 \\ 2 & 1 & -1 & +1/2 \\ 2 & 1 & -1 & -1/2 \\ \ end {array} $$

총 8 개의 전자.

Th 두 번째 행에는 “유기 화합물”이 포함되어 있으며 그 중 수백만 개가 알려져 있으므로 “옥텟 규칙”에 초점을 맞추기 위해 화학을 가르치는 데 종종 편향이 있습니다. 실제로 수소, 헬륨 (및 기체상에서 이량 체화되는 리튬) 및 전이 금속에 대한 “18의 법칙”에 대해 고려해야 할 이중 규칙이 있습니다. “이상한”곳은 염소를 통한 실리콘입니다. 이 원자들은 옥텟 법칙을 통해 완전한 양자 껍질을 형성하거나 옥텟을 “확장”하고 18 법칙에 의해 지배 될 수 있습니다. 또는 육 불화 황과 같은 그 사이의 상황을 염두에 두십시오.

이러한 원자 궤도가 혼합되어 분자 궤도를 형성하지만 원자 궤도의 수는 결과 분자 궤도의 수에 영향을 미치고 직접 상관 관계가 있으므로 원자 양자 번호의 조합은 여전히 흥미로운 정보를 제공합니다.

댓글

• 재미있는 사실 : Lewis는 ” 옥텟 규칙 . 그는 이것을 단순히 2의 법칙이라고 부르고 많은 원소에 대해 4 개의 전자쌍이 결합에 사용된다고 말했습니다.

주기율표를 살펴 보겠습니다. 첫 번째 행에는 수소와 헬륨이라는 두 가지 원소 만 있습니다. 옥텟 규칙을 따르지 않습니다. 수소는 원자가 궤도에서 최대 2 개의 전자를 가질 수 있습니다. 옥텟 규칙은 배타적이지 않다는 것이 밝혀졌습니다. 이는 루이스 구조와 전자 구성을 이해하는 데 도움이되는 유일한 규칙이 아님을 의미합니다. 그렇다면 옥텟 규칙을 사용하는 이유는 무엇입니까?

주기율표의 모든주기는 원자의 에너지 껍질을 나타냅니다. 첫 번째 기간은 s 궤도 만있는 첫 번째 에너지 레벨 인 쉘 K를 나타냅니다. 모든 궤도는 양자 스핀이 반대 방향으로있는 2 개의 전자로만 채워질 수 있습니다. 따라서 첫 번째 에너지 레벨 쉘 K에 대해 가능한 최대 전자 수는 2입니다. 이것은 헬륨이 희가스이지만 2 만 포함하고 있다는 사실에 반영됩니다. 두 번째 에너지 레벨 쉘 L은 s 궤도를 가지며 추가 3p 궤도. 그것들은 최대 4 개의 궤도 또는 8 개의 전자를 더합니다. 가장 일반적으로 사용되는 요소는 두 번째와 세 번째 기간에 있기 때문에 옥텟 규칙이 자주 사용됩니다.

세 번째 에너지 수준의 요소는 매우 유사합니다. 지금은 5d 궤도가 있지만 궤도를 채울 필요가 없기 때문에 여전히 옥텟 규칙을 따릅니다. 전자 구성은 4s가 3d 이전에 채워져 있으므로 “d 궤도를 채울 필요가 없으므로 일반적으로 옥텟 규칙을 따릅니다. 그러나 2 열 요소와 달리 세 번째 에너지 레벨 쉘 요소 (Gavin 참조”참조) s comment fir reference)는 옥텟 규칙으로 제한되지 않습니다. 그들은 d 궤도를 채우고 채우는 특정 경우에 초가 분자를 형성 할 수 있습니다. 이것은 모든 명백한 초가 분자의 경우가 아닙니다. SF6는 초가가 아니며 약한 이온 결합과 극성을 사용하지만 여전히 초가 분자가 있습니다. 그것은 항상 정전기 측면에서 어떤 상태가 더 편리한 지에 달려 있습니다.

네 번째 에너지 레벨 쉘에는 f 궤도가 도입되었지만 먼저 d 궤도를 채울 필요가 있기 때문에 그 지점에서 궤도를 채우지 못합니다. 5d 궤도는 10 개의 전자와 옥텟 규칙의 이전 8 개를 합하여 18 개가됩니다. 이것이 주기율표에 18 개의 열이있는 이유입니다. 이제 새로운 규칙이 중첩되고 이것은 위에서 언급 한 잘 알려진 18 전자 규칙입니다. 전이 금속은 여전히 옥텟 규칙을 따르는 경우가 있지만이 규칙을 따르지 않는 빈도보다 더 많이 따릅니다.이 시점에서 채울 궤도가 너무 많고 정전기가 전자 구성에서 역할을하므로 특정 금속으로 동일한 원소에서 다른 양이온을 얻을 수 있습니다. 그렇기 때문에 표의 처음 세 행 에서처럼 전이 금속으로 산화 상태 수를 논의하지 않습니다.

댓글

• Chemistry SE에 오신 것을 환영합니다. 귀하의 답변은 ‘ 이전 내용에 많이 추가되지 않습니다. SF6에 대한 설명은 잘못된 것입니다.