กฎออกเตตและข้อจำกัด

กฎออกเตตเป็นจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์สำหรับโครงสร้างลิวอิสของธาตุหมู่หลักจำนวนมาก แต่ไม่ใช่กฎสากลของธรรมชาติ การนับอิเล็กตรอน ประจุฟอร์มัล เรโซแนนซ์ และข้อยกเว้นต้องพิจารณาร่วมกัน

เหตุใดออกเตตจึงใช้ได้บ่อย

สำหรับ C, N, O และ F ในคาบที่สอง การมีอิเล็กตรอนรวมแปดตัวในออร์บิทัลเวเลนซ์ 2s และ 2p สอดคล้องกับเปลือกย่อยที่เติมเต็มอย่างเสถียร ส่วน H และ He ใช้แนวคิดดูเอต เพราะระดับ n = 1 มีเพียงออร์บิทัล 1s

สารที่ขาดอิเล็กตรอน

BF₃ มีอิเล็กตรอนรอบ B เพียงหกตัวในโครงสร้างลิวอิสพื้นฐาน และ BeCl₂ ในเฟสแก๊สอาจนับได้เพียงสี่รอบ Be ไม่จำเป็นต้องสร้างพันธะพหุคูณที่ไม่สมเหตุผลเพื่อบังคับออกเตต BF₃ สามารถรับคู่อิเล็กตรอนแบบกรดลิวอิสได้

โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนจำนวนคี่

NO และ NO₂ มีจำนวนอิเล็กตรอนเวเลนซ์รวมเป็นเลขคี่ จึงไม่สามารถจัดให้อิเล็กตรอนทุกตัวจับคู่และทุกอะตอมครบออกเตตพร้อมกันได้ อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่อาจปรากฏในสมบัติแม่เหล็ก

ไฮเปอร์เวเลนต์

โครงสร้างลิวอิสแบบดั้งเดิมของ PCl₅ และ SF₆ นับอิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางได้มากกว่าแปด แต่การอธิบายว่าใช้ d ว่างเพื่อขยายออกเตตอย่างเดียวเรียบง่ายเกินไป แบบจำลองออร์บิทัลโมเลกุลและพันธะหลายศูนย์กลางให้ภาพที่เหมาะกว่า

ประจุฟอร์มัลและเรโซแนนซ์

โครงสร้างที่ดีไม่ได้เลือกจากออกเตตอย่างเดียว ควรพิจารณาการลดขนาดประจุฟอร์มัล วางประจุลบบนอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าเมื่อเหมาะสม และรู้จักรูปเรโซแนนซ์ที่สมมูล อิเล็กตรอนไม่ได้กระโดดไปมาระหว่างภาพเรโซแนนซ์

คำนวณประจุฟอร์มัล

สูตรบัญชีที่ใช้บ่อยคือ FC = อิเล็กตรอนเวเลนซ์ − อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว − 1/2(อิเล็กตรอนในพันธะ) ผลรวม FC ของทุกอะตอมต้องเท่ากับประจุรวมของชนิดเคมี จึงใช้ตรวจความผิดพลาดของโครงสร้างลิวอิสได้รวดเร็ว

ประจุฟอร์มัลไม่ใช่ประจุบางส่วนจริง เพราะคำนวณโดยแบ่งอิเล็กตรอนพันธะเท่า ๆ กัน ขณะที่ความหนาแน่นอิเล็กตรอนจริงอาจกระจายไม่เท่ากันตามอิเล็กโทรเนกาติวิตีและออร์บิทัลโมเลกุล

ธาตุคาบที่สองขยายออกเตตไม่ได้ในแบบลิวอิสพื้นฐาน

C, N, O และ F มีออร์บิทัลเวเลนซ์ 2s และ 2p เท่านั้น การวาดโครงสร้างที่บังคับให้ธาตุเหล่านี้มีอิเล็กตรอนรอบตัวมากกว่าแปดจึงไม่ใช่แนวทางที่ถูกต้องในแบบจำลองพื้นฐาน ข้อยกเว้นไฮเปอร์เวเลนต์ของธาตุหนักไม่ควรถูกย้ายมาใช้กับคาบที่สองโดยตรง

ใช้ประจุฟอร์มัลตรวจหลายโครงสร้าง

เมื่อมีโครงสร้างลิวอิสที่เป็นไปได้หลายแบบ ให้คำนวณ FC ของทุกอะตอมและตรวจว่าผลรวมตรงกับประจุรวม จากนั้นเปรียบเทียบการแยกประจุและตำแหน่งประจุลบกับอิเล็กโทรเนกาติวิตี หลักนี้มักช่วยเลือกภาพที่เหมาะสมกว่าการบังคับออกเตตอย่างเดียว

ในชนิดที่มีเรโซแนนซ์ เช่น NO₃⁻ พันธะจริงมีสมบัติอยู่ระหว่างพันธะในภาพลิวอิสแต่ละภาพ ความยาวพันธะที่วัดได้จึงอาจเท่ากัน แม้ภาพหนึ่งจะวาดพันธะคู่ไว้เพียงตำแหน่งเดียว

แบบฝึกหัด

BF₃

B มีอิเล็กตรอนรอบตัวกี่ตัว?

เฉลย: 6 ตัว เป็นตัวอย่างของสารขาดอิเล็กตรอน

NO

จำนวนอิเล็กตรอนเวเลนซ์รวมเป็นเลขคี่หมายความว่าอย่างไร?

เฉลย: ต้องมีอิเล็กตรอนไม่จับคู่หนึ่งตัว

SF₆

คำอธิบายด้วย d ออร์บิทัลว่างอย่างเดียวพอหรือไม่?

เฉลย: ไม่พอ โครงสร้างลิวอิสเป็นบัญชีอิเล็กตรอน ส่วนพันธะจริงอธิบายได้ดีกว่าด้วยออร์บิทัลโมเลกุลและพันธะหลายศูนย์กลาง