مفاهیم اصلی:

در این آموزش یاد می گیرید که قانون octet چیست، استثنائات این قانون چیست و مثال ها و مشکلات را مشاهده می کنید.

قانون Octet چیست؟

قانون هشتگانه این است که یک اتم زمانی که توسط 8 الکترون در لایه ظرفیت احاطه شده باشد، پایدارترین خواهد بود. اتمی که هشت الکترون نداشته باشد با اتم های دیگر پیوند می یابد تا هشت الکترون داشته باشد. پیکربندی که دارای هشت الکترون است به عنوان “پیکربندی گاز نجیب” نیز نامیده می شود.

گازهای نجیب تنها اتم هایی هستند که هشت الکترون ظرفیت دارند و بنابراین تمایلی به واکنش یا پیوند با اتم ها و مولکول های دیگر ندارند. این عدم واکنش به این دلیل است که آنها در حال حاضر در پایدارترین حالت خود با یک اکتت کامل الکترون هستند. از این رو، چرا اتم های دیگر با یک اکتت کامل در “پیکربندی گاز نجیب” نامیده می شوند.

هشت ظرفیت پر شده به این معنی است که اوربیتال های s و p پر شده اند. بنابراین، پیکربندی الکترون به پایان می رسد س²پ⁶ برای همه اتم های دارای هشت اکتت کامل.

دستیابی به قانون Octet

قانون هشت را می توان از طریق پیوندهای یونی یا کووالانسی به دست آورد. در پیوندهای کووالانسی، اتم ها الکترون های مشترک دارند. در پیوندهای یونی، اتم ها الکترون ها را بین یکدیگر انتقال می دهند.

به طور کلی، فلزات برای رسیدن به لایه ظرفیتی هشت الکترونی، الکترون خود را از دست می دهند. غیر فلزات برای بدست آوردن هشت الکترون تمایل دارند الکترون به دست آورند.

اتم‌های خاصی تمایل دارند تعداد مشخصی پیوند برای برآورده کردن قانون هشت‌گانه داشته باشند. برای مثال، کربن تقریباً همیشه چهار پیوند خواهد داشت. نیتروژن تقریبا همیشه دارای سه پیوند به علاوه یک جفت تنها خواهد بود. اکسیژن به طور معمول دارای دو پیوند است. فلوئور معمولاً یکی دارد. باید متوجه یک روند شوید. همانطور که در ردیف جدول تناوبی حرکت می کنید، تعداد پیوندها برای آن دسته از عناصر (غیر فلزات) که پیوند کووالانسی دارند کاهش می یابد.

این روند کاهش تعداد اوراق قرضه برای ردیف های زیر ردیف مورد بحث در بالا صادق است. هرچه در جدول تناوبی به سمت پایین تر حرکت کنید، استثناهای بیشتری در قاعده اکتت وجود دارد.

استثنائات قانون Octet

1. فلزات واسطه معمولاً از قانون هشتگانه پیروی نمی کنند. در عوض، به دلیل وجود الکترون‌های بلوک d، می‌توانند الکترون‌های بیشتری در لایه ظرفیت داشته باشند.
2. هلیوم و هیدروژن هر دو از قانون هشتگانه پیروی نمی کنند، اما در عوض دارای دو الکترون در لایه ظرفیت هستند تا پایدار باشند. این به این دلیل است که آنها اوربیتال p ندارند و فقط به آن نیاز دارند س² مداری پر شده است
3. لیتیوم اغلب یک الکترون را از دست می دهد تا پیکربندی مشابه هلیوم (2 الکترون) داشته باشد.
4. برخی از ترکیبات از قانون اکتت سرپیچی می کنند. به عنوان مثال، SF₆ و XeF₂ دو گاز متداول در آزمایشگاه ها هستند. هر چه اتم در جدول تناوبی پایین تر باشد، احتمال اینکه هشت الکترون در لایه ظرفیت نداشته باشد و همچنان پایدار باشد، بیشتر می شود.

نمونه مشکلات

در اینجا چندین مثال برای توضیح نحوه شمارش الکترون ها برای تعیین اینکه آیا یک اتم از قانون اکتت پیروی می کند یا خیر، آورده شده است. مولکول ها با استفاده از ساختارهای نقطه ای لوئیس رسم می شوند.

ن₂ – نیتروژن

بین اتم های نیتروژن سه پیوند کووالانسی وجود دارد و هر نیتروژن یک جفت تنها دارد. بنابراین، تعداد کل الکترون های مرتبط با هر اتم نیتروژن 8 است و هر دو اتم از این قانون پیروی می کنند.

CH₄ – متان

که در متان (CH₄) دو اتم مختلف برای بررسی وجود دارد. ما با کربن که دارای چهار پیوند کووالانسی است شروع می کنیم. دو الکترون با هر پیوند کووالانسی مرتبط هستند، بنابراین کربن از قانون هشتگانه پیروی می کند.

هیدروژن در CH₄ همه دارای یک پیوند کووالانسی هستند که به آنها دو الکترون می دهد. به یاد داشته باشید که هیدروژن یک استثنا از این قاعده است و با دو الکترون پایدار است!

نمونه مشکلات

مسئله: با استفاده از آنچه در مورد قانون octet می دانید، ساختار HCN را ترسیم کنید

راه حل: هم کربن و هم نیتروژن از قانون هشتگانه پیروی می کنند و هیدروژن دو الکترون خواهد داشت. ما در مجموع 10 الکترون برای کار داریم. یک مکان خوب برای شروع، دادن سه پیوند نیتروژن به کربن است. سپس کربن به یک پیوند دیگر نیاز دارد که با یک پیوند هیدروژنی نیاز دارد. ساختار حل شد!

مسئله: با استفاده از آنچه در مورد قانون octet می دانید، ساختار CH را رسم کنید₂O

راه حل: برای شروع، ما پیش بینی آگاهانه ای را انجام خواهیم داد که کربن چهار پیوند، اکسیژن دو پیوند و هیدروژن یک پیوند خواهد داشت. با شمارش تمام الکترون های ظرفیت، 12 الکترون برای کار داریم. به احتمال زیاد کربن اتم مرکزی خواهد بود زیرا به بیشترین پیوند نیاز دارد. از آنجا می توانیم آن را با یک پیوند دوگانه به اکسیژن متصل کنیم. اکنون اکسیژن برای ارضای قاعده هشتگانه به دو جفت تنها نیاز دارد. کربن به دو پیوند دیگر نیاز دارد، یکی به هر هیدروژن. ما می‌توانیم تمام الکترون‌های ساختار خود را بشماریم و ببینیم که 12 الکترون داریم و هر اتم قانون هشت‌گانه را برآورده می‌کند (به استثنای هیدروژن).