Overtredingen van de Octet Regel

admin 0 Comments Articles

Overtredingen van de Octet Regel

Uitzondering 2: Onvolledige Octetten

De tweede uitzondering op de Octet Regel is wanneer er te weinig valentie-elektronen zijn, wat resulteert in een onvolledig Octet. Er zijn nog meer gevallen waarin de octetregel niet de meest correcte weergave geeft van een molecuul of ion. Dit is ook het geval bij onvolledige octetten. Soorten met onvolledige octetten zijn vrij zeldzaam en worden over het algemeen alleen gevonden in sommige beryllium-, aluminium- en boorverbindingen, waaronder de boorhydriden. Laten we eens kijken naar zo’n hydride, BH_3 (Boraan).

Als men een Lewisstructuur zou maken voor BH_3 volgens de basisstrategieën voor het tekenen van Lewisstructuren, zou men waarschijnlijk uitkomen op deze structuur (figuur 3):

Het probleem met deze structuur is dat borium een onvolledig octet heeft; het heeft slechts zes elektronen om zich heen. Waterstofatomen kunnen van nature slechts 2 elektronen in hun buitenste schil hebben (hun versie van een octet), en als zodanig zijn er geen reserve-elektronen om een dubbele binding met boor te vormen. Men zou kunnen denken dat het feit dat deze structuur geen volledige octetten kan vormen, moet betekenen dat deze binding ionisch moet zijn in plaats van covalent. Boor heeft echter een elektronegativiteit die erg lijkt op die van waterstof, wat betekent dat er waarschijnlijk weinig ionisch karakter zit in de waterstof-boor bindingen, en als zodanig is deze Lewis structuur, hoewel hij niet voldoet aan de octet regel, waarschijnlijk de best mogelijke structuur om BH3 af te beelden met de Lewis theorie. Een van de dingen die het onvolledige octet van BH3 kunnen verklaren is dat het gewoonlijk een vergankelijke soort is, tijdelijk gevormd in reacties die meerdere stappen omvatten.

Laten we eens kijken naar een andere onvolledige octet situatie die te maken heeft met boor, BF3 (Boron trifluorine). Net als bij BH3 zal de eerste tekening van een Lewisstructuur van BF3 een structuur vormen waarin boor slechts zes elektronen om zich heen heeft (figuur 4).

Als je naar figuur 4 kijkt, zie je dat de fluoratomen extra eenzame paren bezitten die ze kunnen gebruiken om extra bindingen met boor te maken, en je zou kunnen denken dat het enige wat je hoeft te doen is één eenzaam paar in een binding te veranderen en de structuur zal correct zijn. Als we één dubbele binding toevoegen tussen boor en een van de fluorines, krijgen we de volgende Lewisstructuur (figuur 5):

Elk fluoratoom heeft acht elektronen, en het booratoom heeft er ook acht! Elk atoom heeft een perfect octet, toch? Niet zo snel. We moeten de formele ladingen van deze structuur onderzoeken. Het fluoratoom dat een dubbele binding deelt met boor heeft zes elektronen om zich heen (vier van zijn twee eenzame elektronenparen en één elk van zijn twee bindingen met boor). Dit is één elektron minder dan het aantal valentie-elektronen dat het van nature zou hebben (elementen van groep zeven hebben zeven valentie-elektronen), dus heeft het een formele lading van +1. De twee meelaminen die enkelvoudige bindingen met boor hebben, hebben zeven elektronen om zich heen (zes van hun drie alleenstaande paren en één van hun enkelvoudige bindingen met boor). Dit is evenveel als het aantal valentie-elektronen dat ze op zichzelf zouden hebben, dus hebben ze allebei een formele lading van nul. Boor tenslotte heeft vier elektronen om zich heen (één uit elk van de vier bindingen die het deelt met fluor). Dit is één elektron meer dan het aantal valentie-elektronen dat boor op zichzelf zou hebben, en als zodanig heeft boor een formele lading van -1.

Deze structuur wordt ondersteund door het feit dat de experimenteel bepaalde bindingslengte van de bindingen tussen boor en fluor in BF3 korter is dan wat typisch zou zijn voor een enkele binding (zie Bindingvolgorde en -lengtes). Deze structuur is echter in tegenspraak met één van de belangrijkste regels van formele ladingen: Negatieve formele ladingen worden geacht te worden gevonden op het meer elektronegatieve atoom (of de elektronegatieve atomen) in een binding, maar in de structuur in figuur 5 wordt een positieve formele lading gevonden op fluor, dat niet alleen het meest elektronegatieve element in de structuur is, maar ook het meest elektronegatieve element in het gehele periodiek systeem (\chi=4.0\)). Boor daarentegen, met de veel lagere elektronegativiteit van 2,0, heeft de negatieve formele lading in deze structuur. Dit verschil in formele lading en elektronegativiteit maakt deze structuur met dubbele binding onmogelijk.

Het grote verschil in elektronegativiteit hier, in tegenstelling tot in BH3, duidt echter op significante polaire bindingen tussen boor en fluor, wat betekent dat dit molecuul een hoog ionisch karakter heeft. Dit suggereert de mogelijkheid van een semi-ionische structuur zoals te zien in figuur 6:

Geen van deze drie structuren is in dit geval de “juiste” structuur. De meest “juiste” structuur is waarschijnlijk een resonantie van alle drie de structuren: die met het onvolledige octet (figuur 4), die met de dubbele binding (figuur 5), en die met de ionische binding (figuur 6). De meest bijdragende structuur is waarschijnlijk de onvolledige octetstructuur (omdat figuur 5 in principe onmogelijk is en figuur 6 niet overeenkomt met het gedrag en de eigenschappen van BF3). Zoals u ziet kunnen onvolledige octetten, zelfs als er andere mogelijkheden bestaan, een moleculaire structuur het beste weergeven.

Als kanttekening is het belangrijk op te merken dat BF3 zich vaak bindt met een F-ion om BF4- te vormen in plaats van als BF3 te blijven. Deze structuur maakt het octet van boor compleet en komt vaker voor in de natuur. Dit illustreert het feit dat onvolledige octetten zeldzaam zijn, en dat andere configuraties doorgaans gunstiger zijn, waaronder binding met extra ionen zoals in het geval van BF3.