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Puede que un átomo tiene más de 8 electrones de valencia? Si no, ¿por qué es de 8 el límite?

Según algunos libros de texto de química, el número máximo de electrones de valencia de un átomo es de 8, pero la razón de esto no está explicado.

Así, un átomo puede tener más de 8 electrones de valencia?

Si esto no es posible, ¿por qué no puede un átomo tiene más de 8 electrones de valencia?

39voto

Luke Girvin Puntos 8270

Esta pregunta puede ser difícil de responder, ya que hay un par de definiciones de electrones de valencia. Algunos libros y diccionarios definen los electrones de valencia como "cáscara externa de electrones que participan en el enlace químico" y por esta definición, los elementos pueden tener más de 8 electrones de valencia, como se explica por F x.

Algunos libros y diccionarios definen los electrones de valencia como "electrones en el mayor principal nivel de energía". Por esta definición, un elemento que ha de tener 8 electrones de valencia debido a que el $n-1$ $d$ orbitals fill after the $n$ $s$ orbitals, and then the $n$ $p$ orbitals fill. So, the highest principal energy level, $n$, contains the valence electrons. By this definition, the transition metals all have either 1 or 2 valence electrons (depending on how many electrons are in the $s$ vs. $d$ orbitales).

Ejemplos:

  • Ca con dos s$ los electrones que tienen dos electrones de valencia (electrones en la 4ª principal nivel de energía).
  • Sc con dos s$ electrons and one d$ electrón tiene dos electrones de valencia.
  • Cr con un s$ electron and five d$ los electrones tienen un electrón de valencia.
  • Ga con dos s$ electrons, ten d$ electrons, and one p$ electrón tendría tres electrones de valencia.

Por la otra definición, que podría haber más, ya que tienen más "cáscara externa" electrones (hasta el $d$ shell está lleno).

El uso de la "más alta energía principal de" nivel de definición de los electrones de valencia permite predecir correctamente el comportamiento paramagnético de iones de metales de transición debido a que los electrones de valencia (los $d$ a los electrones) se pierden cuando un metal de transición de las formas de un ión.

22voto

maclema Puntos 5959

Sí, se puede. Hemos moléculas que contienen "superoctet átomos". Ejemplos:

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

Casi todos los compuestos de coordinación tienen un superoctet átomo central.

No metales de Período de 3 en adelante son propensos a esto. Los halógenos, Azufre y Fósforo son reincidentes, mientras que todos los gases nobles, que son los compuestos superoctet. Por lo tanto el azufre puede mostrar +6 valencia, Fósforo muestra +5, y los halógenos +1, +3, +5 y +7 valencia. Tenga en cuenta que estos todavía son compuestos covalentes--valencia se aplica a los enlaces covalentes así.

La razón por la que esto no es generalmente visto es como sigue. Básicamente, deducir de las propiedades de los orbitales atómicos.

Por el principio de Aufbau, los electrones llenan en estos orbitales para el período de $n$:

$ns, (n-2)f,(n-1)d,np$

(en teoría, tendrías $(n-3)g$ before the $f$, y así sucesivamente. Pero no tenemos los átomos con los orbitales, todavía)

Ahora, la capa externa es $n$. In each period, there are only eight slots to fill in this shell by Aufbau Principle- 2 in $ns$, and 6 in $np$. Desde nuestra tabla periódica bastante sigue este principio, no vemos ninguna superoctet átomos normalmente.

Pero, el $d,f$ orbitales para que shell todavía existen (como vacío orbitales) y puede ser llenado si surge la necesidad. Por "existir", quiero decir que son lo suficientemente bajo en energía para ser fácil de llenar. Los ejemplos anteriores constan de un átomo central, que ha tenido estos orbitales vacíos en su hibridación, dando rize a un superoctet especies(ya que los enlaces covalentes agregar un electrón cada uno)

He preparado una tabla periódica con las conchas marcadas. He usado el shell letras en lugar de números para evitar la confusión. $K,L,M,N$ se refieren a shell 1,2,3,4 etc. Cuando un sector de la mesa está marcado "M9-M18", esto significa que el primer elemento de ese bloque "llena" la novena de electrones en el M(tercera) de shell, y el último elemento que se llena el xviii.

Haga Click para agrandar:

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(Derivado de esta imagen)

Tenga en cuenta que hay algunas irregularidades, con $\ce{Cu}$, $\ce{Cr}$, $\ce{Ag}$, y un montón de otros que no he especialmente marcados en la tabla.

7voto

Jegschemesch Puntos 4093

(Por favor, acepte otras respuestas, si usted está buscando ayuda con la tarea. Mi respuesta es para personas que han dominado el estudiante de primer año de la química de las reglas, y creo que es una carga de basura.)

Hay una gran diferencia entre una "regla", y una ley de la naturaleza. La "Regla de Octeto" es una vuelta-de-la-última-siglo concepto que de alguna manera se las arregló para entrar en introductorio de química libros y nunca fue expulsado con el advenimiento de la moderna mecánica cuántica. (Prueba circunstancial: es imposible identificar a los electrones a la etiqueta "valencia" o "no de valencia")

Por lo tanto, usted no encontrará ninguna respuesta basada en la evidencia física de por qué/por qué no es una regla que no está basada en la evidencia física que se espera.

Los átomos de tomar su configuración espacial, porque pasa a ser un electrostáticamente-circunstancias favorables, no porque los electrones valerse por sí mismos como "ranuras."

4voto

Telcontar Puntos 2329

Algo que vale la pena agregar a esta discusión que me sorprende que no se ha mencionado acerca de tales "hipervalente" de moléculas como la $\ce{SF6}$

Uno de mis profesores de la universidad me informó de que la explicación común (que el vacío d-orbitales están vacías y son, por tanto, accesibles) es en realidad más probable es incorrecta. Este es un viejo modelo de la explicación que está fuera de fecha, pero por alguna razón, continuamente se enseña en las escuelas. Una cita de un artículo de Wikipedia:

En 1990, Magnusson publicado un trabajo seminal, definitivamente, excepto el papel de d-orbital de la hibridación en la unión en hipervalente compuestos de la segunda fila de elementos.

Cuando realmente nos fijamos en los números (que lamentablemente no está disponible para mí en este momento, y soy demasiado perezoso para buscar), la energía asociada con los orbitales es significativamente mayor que el de la vinculación energía que se encuentra experimentalmente dentro de las moléculas como $\ce{SF6}$, lo que significa que es muy poco probable que el d-orbitales están involucrados en este tipo de estructura molecular.

Esto nos deja pegado, de hecho, con la regla de octeto. Desde $\ce{S}$ cannot reach into its d-orbitals, it cannot have more than 8 electrons in its valence (see other discussions on this page for definitions of valence etc, but by the most basic definition, yes, only 8). The common explanation is the idea of a 3-centered 4-electron bond, which is (most) basically the idea that Sulfur and two $\ce{F}$ at 180 degrees apart share only $\ce{4 e-}$ between their Molecular Orbitals. One way of comprehending this is to consider a pair of resonance structures where sulfur is bonded covalently to one $\ce{F}$ y iónicamente a la otra algo como:

$$\ce{F^{-}{:} ~~~~ ^{+}S-F <-> F-S+ ~~~~ {:}F-}$$

Cuando el promedio de estas dos estructuras, usted notará que el azufre mantiene una carga positiva, y que cada uno de flúor tiene una especie de "media carga". También, tenga en cuenta que el Azufre sólo tiene dos electrones asociados con él en ambas estructuras, lo que significa que ha unido a dos fluorines mientras que sólo la acumulación de 2 electrones. La razón por la que tienen que estar en 180 grados es debido a la geometría de los orbitales moleculares, que la verdad no me apetece en el momento (un poco fuera de tema).

Así que, sólo para revisión, hemos consolidado a dos fluorines para el azufre, la acumulación de dos electrones y 1 carga positiva en azufre. Si en condiciones de servidumbre de los restantes $\ce{4 F}$ from $\ce{SF6}$ in the normal covalent way, we'd end up with still $\ce{10 e-}$, so by utilizing another 3 center 4 electron bond pair, we achieve 8 electrons (filling both the valence s and p orbitals) as well as a $+2$ charge on the sulfur and a $-2$ de la carga distribuida alrededor de los cuatro fluorines involucrados en el 3c4e la unión. (por supuesto, todos los de la fluorines tiene que ser equivalente, por lo que la carga de la realidad serán distribuidos alrededor de todo el fluorines si tenemos en cuenta todas las estructuras de resonancia).

En realidad hay un montón de evidencia para apoyar este estilo de vinculación, el más simple de lo que se observa al mirar en longitudes de enlace en las moléculas tales como $\ce{ClF3}$ (T-Shape geometry), where the the two $\ce{F}$ 180 degrees apart (again, MO stuff I don't want to talk about) have a slightly longer bond length than the other $\ce{F}$, indicating a weakened order of covalence in those two $\ce{F}$ bonos (un resultado de promediar un enlace covalente y enlace iónico).

TL;DR Hypervalency no existe en realidad, y tener más de $\ce{8 e-}$ en los no-metales de transición es mucho más difícil de lo que usted podría pensar.

3voto

Zack Peterson Puntos 19350

Esta respuesta está destinado a complementar la Manishearth la anterior respuesta, en lugar de competir con él. Mi objetivo es mostrar cómo octeto reglas puede ser útil incluso para las moléculas que contienen más de la dotación habitual de ocho electrones en su valencia shell.

Yo lo llamo la donación de la notación, y que se remonta a mis días de escuela secundaria, cuando ninguno de la química de los textos en mi pequeña biblioteca de la ciudad molestado en explicar cómo esos oxígeno bonos trabajado en aniones como el carbonato, clorato, sulfato, nitrato y fosfato.

La idea detrás de esta notación es simple. De comenzar con los electrones de la notación de punto, a continuación, añadir las flechas que indican si y cómo otros átomos son los "préstamos" de cada electrón. Un punto con una flecha significa que el electrón "pertenece", principalmente para el átomo en la base de la flecha, pero está siendo utilizado por otro átomo para ayudar a completar ese átomo del octeto. Una simple flecha sin ningún punto indica que el electrón tiene efectivamente a la izquierda el original átomo. En ese caso los electrones ya no está asociada a la flecha a todos, pero en su lugar se muestra como un aumento en el número de electrones de valencia de los átomos en el extremo de la flecha.

Aquí hay ejemplos de uso de la sal de mesa (iónico) y oxígeno (covalente):

salt and oxygen in donation notation

Aviso que el enlace iónico de $\ce{NaCl}$ se muestra simplemente como una flecha, la indicación de que se ha "donado" la parte más superficial de electrones y caído de nuevo a su interior octeto de electrones para satisfacer sus propias finalización de las prioridades. (Interior octetos nunca se muestra.)

Los enlaces covalentes suceder cuando cada átomo aporta un electrón a un bono. La donación de la notación de la muestra tanto los electrones, así que doblemente servidumbre de oxígeno vientos con cuatro flechas entre los átomos.

La donación de la notación no es realmente necesario para la simple enlaces covalentes, sin embargo. Está pensado más para mostrar cómo la vinculación de obras en aniones. Dos estrechamente relacionados con algunos ejemplos son el sulfato de calcio ($\ce{CaSO4}$, better known as gypsum) and calcium sulfite ($\ce{CaSO3}$, un alimento común conservante):

calcium sulfate and sulfite in donation notation

En estos ejemplos, el calcio dona a través de una mayoría de enlace iónico, por lo que su contribución se convierte en un par de flechas que donar dos electrones en el núcleo de los aniones, completar el octeto del átomo de azufre. Los átomos de oxígeno, a continuación, conecte el azufre y "pedir prestado" toda pares de electrones, sin aportar nada a cambio. Este préstamo modelo es un factor importante en por qué no puede haber más de un anión de elementos como el azufre (sulfatos y sulfitos) y de nitrógeno (nitratos y nitritos). Puesto que los átomos de oxígeno no son necesarios para el átomo central para establecer un octeto completo, es posible que algunos de los pares de la central octeto para permanecer desapegado. Esto se traduce en menos oxidado aniones tales como sulfitos y nitritos.

Por último, una más ambiguo ejemplo es el hexafluoruro de azufre:

sulfur hexafluoride in donation notation

La figura muestra dos opciones. Debe $\ce{SF6}$ ser modelado como si el azufre es un metal que le da a todos sus electrones a la hiper-agresivo de átomos de flúor (opción a), o como un caso en el que la regla de octeto, da paso a una más débil, pero todavía viable 12 de electrones de la regla (opción b)? Hay cierta controversia incluso hoy en día acerca de cómo tales casos deben ser manejados. La donación de notación se muestra cómo un octeto perspectiva todavía pueden aplicarse a estos casos, a pesar de que nunca es una buena idea confiar en la aproximación de primer orden de modelos para este tipo de casos extremos.

2014-04-04 Actualización

Por último, si usted está cansado de puntos y flechas y anhelan algo más cercano a la norma de valencia de bonos de notación, estos dos equivalencias útil:

covalent and u-bond versions of donation notation

La parte superior del recto de la línea de equivalencia es trivial, ya que la línea resultante es idéntica en apariencia y significado a la norma enlace covalente de la química orgánica.

El segundo u-bond notación es la novela de uno. La he inventado, de la frustración en la escuela secundaria en la década de 1970 (sí, yo soy ese viejo), pero nunca hizo nada con él en el tiempo.

La principal ventaja de u-bond notación es la que permite prototipo y evaluar de forma no estándar de la vinculación de las relaciones, mientras que el uso de sólo estándar atómico valencias. Como con la recta de la línea de enlace covalente, la línea que forma el u-bond representa un único par de electrones. Sin embargo, en un u-bond es el átomo en la parte inferior de la U, que dona tanto los electrones en el par. Que el átomo no consigue nada fuera de la oferta, por lo que ninguno de su vinculación necesidades cambian o satisfecho. Esta falta de vínculo finalización está representado por la ausencia de cualquiera de los extremos de línea en el lado de la u-bond.

El mendigo átomo en la parte superior de la U obtiene para el uso tanto de los electrones de forma gratuita, lo que significa que dos de sus valence-bond se satisfacen las necesidades. Notationally, esto se refleja por el hecho de que los dos de los extremos de línea de la U están al lado de ese átomo.

Tomado como un todo, el átomo en la parte inferior de un u-bond es decir "no me gusta, pero si que desesperados por un par de electrones, y si usted se compromete a permanecer muy cerca, voy a dejar de aferrarse a un par de electrones desde ya mis-completado octeto."

El monóxido de carbono con su desconcertante "¿por qué el carbono de repente tiene un valor de dos?" estructura bien demuestra cómo u-bonos de interpretar este tipo de compuestos en los términos de los más tradicionales de la vinculación de los números:

carbon monoxide in u-bond notation

Observe que dos de los cuatro enlaces del carbono son resueltos por el estándar de enlaces covalentes con el oxígeno, mientras que los dos restantes bonos de carbono son resueltos por la formación de un u-vínculo que permite el mendigo de carbono "compartir" uno de los pares de electrones del oxígeno ya octeto completo. De carbono termina con cuatro extremos de línea, en representación de sus cuatro enlaces, y el oxígeno termina con dos. Ambos átomos por lo tanto tiene un nivel de vinculación de los números satisfecho.

Otro más sutil penetración de esta figura es que desde un u-bond representa un único par de electrones, la combinación de uno u de los bonos y los dos tradicionales de enlaces covalentes entre los átomos de carbono y oxígeno implica un total de seis electrones, y por lo tanto deben tener similitudes con la de seis electrones triple enlace entre dos átomos de nitrógeno. Esta pequeña predicción resulta ser correcta: el nitrógeno y el monóxido de carbono de las moléculas son, de hecho, la configuración electrónica de los homólogos, una de las consecuencias es que tienen casi idéntica física química propiedades.

A continuación hay algunos ejemplos más de cómo u-bond notación puede hacer que los aniones, los gases nobles, los compuestos, y las impares de compuestos orgánicos parecen un poco menos misterioso:

calcium sulfate in u-bond notation

xenon tetroxide in u-bond notation

xenon trioxide in u-bond notation

fulminic acid in u-bond notation

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