Правило октету та його межі
Правило октету корисне для багатьох сполук головних груп: заповнена валентна оболонка s²p⁶ часто енергетично вигідна. Але це евристика, а не фундаментальний закон. Реальні електронні структури містять радикали, дефіцитні та гіпервалентні системи.
Чому працює
Для атомів другого періоду заповнені 2s і 2p дають закриту оболонку. Lewis-рахунок електронів часто швидко знаходить правдоподібні структури, особливо для C, N, O та F.
Дует
H і He не мають місця для октету: перша оболонка містить лише 1s-орбіталь і максимум два електрони. Helium 1s² має повну оболонку і тому належить до групи 18 без “восьми”.
Неповний октет
BF₃ стабільний з шістьма електронами навколо B у простій Lewis-картині. Така електронодефіцитність часто робить сполуку Lewis-кислотою.
Радикали
Якщо загальна кількість валентних електронів непарна, усім атомам неможливо дати повний октет. NO — реальна стабільна молекула з неспареним електроном.
Гіпервалентність
Для важчих головногрупових сполук Lewis-малюнок може показувати понад 8 електронів. Сучасне пояснення використовує делокалізовані молекулярні орбіталі, а не просту картину “розширення d-орбіталями”.
Резонанс
У NO₃⁻ три N–O зв’язки експериментально еквівалентні. Кілька Lewis-структур є граничними малюнками для делокалізованої електронної густини.
Формальний заряд
Формальні заряди допомагають порівнювати Lewis-структури, але вони не є виміряними частковими зарядами. Найкраща картина може бути резонансним гібридом.
Коли зупинитись
Якщо правило октету суперечить спектроскопії, магнетизму чи відомій геометрії, потрібно перейти до більш точного електронного моделювання, а не змушувати молекулу відповідати правилу.
Коли правило октету працює, а коли вводить в оману
Октет добре передбачає багато Lewis-структур другого періоду, бо валентний набір 2s²2p⁶ є замкненою оболонкою. Але бор часто утворює електронодефіцитні сполуки, NO має непарне число електронів, а сполуки важчих головногрупових елементів можуть мати гіпервалентний розподіл, який точніше описується делокалізованими молекулярними орбіталями. Особливо важливо не казати, що гелій “стабільний через октет”: його перша оболонка містить лише 1s і повна вже при 1s². Правило треба використовувати як швидку евристику Lewis-рахунку, а не як силу, що змушує атоми “хотіти вісім електронів”.
Формальні заряди як додаткова перевірка
Коли можливі кілька Lewis-структур, формальний заряд допомагає оцінити правдоподібний розподіл електронів, але він теж не є реальною частковою зарядовою густиною. Зазвичай віддають перевагу структурам з меншими розділеннями формальних зарядів і з негативним зарядом на більш електронегативному атомі, якщо це узгоджується з іншими даними. Резонанс показує ще одну межу октетного малюнка: реальна молекула може мати делокалізовану густину, якої не представляє жодна окрема Lewis-формула. Тому правила рахунку треба доповнювати моделлю делокалізації.
Вправа
Чому He стабільний без октету?
Розв’язання
Його перша оболонка вміщує лише два електрони; 1s² вже повністю заповнена.