Sprawdziłem to pytanie i nadal nie mogłem zrozumieć. Dlaczego, w $ \ ce {SO4 ^ 2 -} $ nie „t 4 tlenki nie tworzą podwójnych wiązań.
W takim przypadku wszystkie tlenki będą miały 0 formalnych ładunków, podczas gdy siarka będzie miała -2.
W tym, co widziałem, tylko 2 tlenki tworzą podwójne wiązania, dzięki czemu siarka nie ma formalnego ładunku, 2 tlenki mają -1 ładunek formalny, a 2 inne nie mają formalnego ładunku.
Porównując formalny ładunek -2 do siarki, jest rzeczywiście mniej stabilny niż w ogóle żaden ładunek formalny i dlatego powinien być najpowszechniejszą strukturą rezonansową. Ale wszędzie, gdzie spojrzałem, tak nie było, $ \ ce {SO4 ^ 2 -} $ stworzył tylko 2 wiązania podwójne i nie rozumiem dlaczego. Czy tlenki mogą tworzyć wiązania koordynacyjne z siarką?
Komentarze
- Posiadanie ładunków formalnych większych niż 1 na pojedynczym atomie będzie zwykle mniej stabilne niż jego rozproszenie. Ponadto tlen jest bardziej elektroujemny niż siarka, więc spodziewalibyśmy się więcej ujemnych formalny ładunek związany z tlenami niż siarka. @ guesting
- W rzeczywistości nie ma żadnych podwójnych wiązań.
- Zobacz tę odpowiedź do dyskusji na temat $ \ ce {S O3 ^ 2 -} $, który jest zasadniczo identyczny, ale dotyczy brakującego tlenu (a zatem jednej pary siarki).
Odpowiedź
To, co widzieliście, nie jest dokładnym obrazem sytuacji związania według obecnie przyjętej teorii. Prawidłowa struktura siarczanu, pokazana poniżej, ma dokładnie zero podwójnych wiązań. Martin wykonał obliczenia na blisko spokrewnionym jonie siarczynowym (w którym jest o jeden mniej tlenu, co prowadzi do samotnej pary na siarki), które pokazuje zerowe orbitale wiążące typu π . Niestety w szybkim wyszukiwaniu nie znalazłem obliczenia struktury siarczanu, ale zapewniam, że będzie to logiczne rozszerzenie siarczynu.
W tej strukturze siarka jest otoczona dokładnie ośmioma elektronami walencyjnymi, zgodnie z przewidywaniami reguły oktetu. Jeśli natkniesz się na jakiekolwiek przedstawienie związku z grupy głównej, w którym atom ma więcej elektronów w swoim sąsiedztwie, niż pozwala na to reguła oktetu, prawdopodobnie jest to uproszczenie (na przykład: rysowanie 4- wiązanie centrum elektronowo-3, jakby to były dwa wiązania pojedyncze), niestabilna reakcja pośrednia lub całkowicie niepoprawna.
Siarka nie może tworzyć więcej niż cztery tradycyjne wiązania 2-elektronowe-2-centrum (podwójne wiązania liczone jako dwa wiązania, potrójne wiązania jako trzy wiązania) z powodu braku dostępnych orbitali. Na bardzo podstawowym, ogólnym i uproszczonym poziomie, takie (zlokalizowane) wiązanie 2e2c powstaje, gdy orbital każdego atomu zachodzi na siebie, co skutkuje wiązaniem i orbitalem antybakteryjnym. Siarka ma tylko cztery dostępne orbitale (jeden 3s i trzy 3p) do wiązania, więc każdy elektron przekraczający pierwsze osiem musiałby być umieszczony na orbitalu antybakteryjnym – ale spowodowałoby to raczej zmniejszenie kolejności wiązań niż wzrost.
Historycznie rzecz biorąc, przedstawienie siarczanu, które podałeś, było „wyjaśnione” przez siarkę używającą jej orbitali 3D do wiązania. Te orbitale są wirtualne (niezajęte), ale istnieją matematycznie. Jednak ich energia jest zbyt wysoka, aby mogła powstać jakakolwiek znacząca więź. Można obliczyć (i było, gdzieś na tej stronie, czego w tej chwili nie mogę zlokalizować), że udział orbitali d w takich związkach jest bardzo niski – z pewnością znacznie niższy niż $ \ mathrm {sp ^ 3d} $ lub nawet $ \ mathrm {sp ^ 3d ^ 2} $ wymaga orbitalu hybrydowego. Dlatego najlepiej jest, aby idea podwójnych wiązań w siarczanie została usunięta z podręczników wczoraj.
Odpowiedź
Jon siarczanowy pochodzi z cząsteczki kwasu siarkowego:
Poddając się reakcjom chemicznym, zwykle przekazuje oba wodory w postaci jonów $ \ ce {H +} $ . To pozostawia jon siarczanowy: $$ \ ce {H2SO4 – > 2H + + SO4 ^ 2 -} $$ Kiedy jon $ \ ce {H ^ +} $ odlatuje, zostawia swój elektron za sobą, więc musi gdzieś iść (pozostaje z $ \ ce {O} $ atom).
Hipotetycznie, jeśli istniał $ \ ce {SO4} $ , ze wszystkimi atomami $ \ ce {O} $ podwójnie związanymi z $ \ ce {S} $ , wtedy siarka miałaby w sumie 16 elektronów w powłoce walencyjnej, co uczyniłoby ją bardziej niestabilną. Ale głównym powodem jest to, że siarka ma na początku tylko 6 elektronów walencyjnych, więc może tworzyć tylko do 6 wiązań kowalencyjnych.Daje to w sumie 12 elektronów walencyjnych.
W teorii ładunków formalnych chodzi o to, aby rzeczywiście starać się utrzymać poszczególne FC tak blisko zera, jak to możliwe, ale także jak najmniej łamać regułę oktetu. . Jon siarczanowy jest bardzo stabilny: tylko dlatego, że coś jest jonem, nie oznacza, że jest niestabilny. W rzeczywistości często jest znacznie bardziej stabilny niż nienaładowane cząsteczki.