Hogyan működik a kovalens kötés valójában?

A fizikai kémia során ezt a problémát általában a MO-LCAO elmélet kezeli.

Amit te teszel, azt feltételezed, hogy létrehozhatja a molekula orbitáláit lineáris kombinációként a molekulában levő atomok atompályáinak (a MO-LCAO rövidítése Molecular Orbitals – Atomic Orbital Linear Combination ). Ezért az atompályái olyan matematikai alap, amely alapján (bizonyos együtthatókat használva) kivetíti molekuláris pályáit. A probléma tovább egyszerűsödik, ha úgy ítéli meg, hogy az egyesülő atompályáknak azonos karakterrel kell rendelkezniük az adott molekula lehetséges szimmetriai műveleteihez (ez azt jelenti hogy minden atomi orbitális kombinációnak ugyanabba a pontcsoportba kell tartoznia, az o-ban hogy lineáris kombinációik ebbe a csoportba tartoznak). Ezért létrehozhatja az SALC-t ( Symmetry Adapted Linear Combinations ), ugyanazon pontcsoport atomi pályáinak lineáris kombinációit, és felhasználhatja őket a molekuláris pályák erőteljesebb matematikai alapjaként.

Ennek megállapításával kiszámíthatja a lineáris kombináció együtthatóit és az egyes molekulapályák energiáját. Amit kap, az az energiájuk által rendezett bizonyos számú szint (ugyanannyi atompálya, amelyet a báziskészletben figyelembe veszünk). Most háromféle molekuláris pályát különböztethet meg:

• kötés , az atomi pályák konstruktív módon beavatkoznak a két atom közötti régióba;

• antagonizáló , az atompályák destruktív módon beavatkoznak a két atom közötti régióba;

• nem kötődnek , a molekuláris pálya szinte megegyezik az egyik atompályával (egy bizonyos atompálya együtthatója sokkal nagyobb, mint a többi).

Megkülönböztetheted őket (egy nagyon alap szinten) azáltal, hogy képviseled az érintett atompályákat és azok jeleit az atomok közötti régióban: ha ugyanaz a jelük van, kötődnek, másképp antikondensek. (Felhívjuk figyelmét, hogy ezzel elfelejtem az együttható nagyságát, aminek a legtöbb esetben relevánsnak kell lennie.)

Most már van egyfajta molekuláris pályája, és tudja, hogy minden lépés kötődik-e vagy sem . Most elhelyezheti az elektronokat (ugyanannyit, mint az elektronok összegét, amelyet az atompályákon használtunk a bázisállományban), mint az izolált atomok esetében: alulról felfelé, két elektron minden szinten, antiparallel spin és így tovább (ugyanazok a szabályok akkor is, ha több szinted van ugyanazon az energián).

Most már visszatérhet a klasszikus kémiai keretrendszerhez az úgynevezett kötvényrendelés használatával : $$ BO = 1/2 (nn ^ *) $$ ahol $ n $ az összekötő pályákon lévő elektronok száma, a $ n ^ * $ pedig az ellenálló pályákon lévő elektronok száma (a nem kötődő pályák csak nem számítanak). a kötési sorrend megmondja (ha ez egész szám), hogy hány kötést képviselünk egy klasszikus képen, így visszatérünk az oktett szabály fogalmához.

Valójában vegye figyelembe az oxigén vegyérték héját. az atompályák által $ 2s $, $ 2p_x $, $ 2p_y $, $ 2p_z $ és hat elektronot tartalmaz. Ezeket összekapcsolva (és figyelmen kívül hagyva a $ 2s $ és $ 2p_z $ közötti kölcsönhatást, ez lehetséges és csak módosítja ezeknek a molekuláris pályáknak az energiája) $ 4 \ -szerese 2 $ molekuláris orbitális értéket kap (a csúcs * azt jelenti, hogy ellenállnak).

A választottak oxigénértéke fekete (pirosakat adunk hozzá, ha figyelembe vesszük az F $ _2 $ molekulát).

Az ilyen típusú héjból a megkötő molekulapályák négyek, ezért a kötő elektronok száma összesen nyolc. Itt jön az oktett-szabály, de ez a fajta érvelés egy empirikus és téves érvelési módot próbál erősebb és kvantumabb keretbe illeszteni.

Felhívjuk figyelmét, hogy a válaszom valóban bevezető és alapvető szempontból szól; a dolgok ettől kezdve sokkal bonyolultabbá válhatnak.

Megjegyzések

• Köszönöm a választ! Annak, amit ‘ mondtál, van értelme, de még mindig nem értem ‘, hogy ez hogyan vezet az oktett szabályhoz. Miután kiszámoltuk a kötési sorrendet, miért kerülnek az atomok oktettre?
• @knzhou I ‘ szerkesztettem, hogy egy konkrétabb példával (és kijavított egy hibát a kötvényrész meghatározásában).
• @knzhou Az oktekt szabály hibás. Nagyon sok kivétel van. Az oktett szabályt jóval azelőtt javasolták, hogy a kvantummechanika alapját megalapozták volna ‘.
• Ennek nagyon sok értelme van. Van közvetlen tapasztalata a pályák molekulákban történő szimulálásáról? Azért kérdezem, hogy amikor összekapcsolt optikai hullámvezetőket szimulálnak, gyakran hozzávetőlegesen azt becsüljük, hogy a kapcsolt szerkezet sajátmezői a nem kapcsolt hullámvezető sajátmezők lineáris kombinációi – a MO-LCAO közvetlen analógja. Valóban, a hullámvezető sajátfüggvényproblémák pontosan analógak a nem relativisztikus Schr ö dinger egyenletekből származó megfelelő Sturm-Liouville problémákkal. Ez szép a fogantatás szempontjából, de / div> sa tetemes közelítés, amint a kapcsolás …
• … egyáltalán erős. A hullámvezetőket meglepően gyengén kell összekapcsolni, hogy pontosak legyenek. Van valami értékelése a MO-LCAO pontosságának mondjuk valami olyasmiért, mint a $ O_2 $ molekula?

Az oktett szabály régi és nem pontos (semmi köze a kvantummechanikához, és csak” empirikus “bizonyítékok támasztják alá)

Az oktett-szabályt jóval a kvantummechanika alapjainak létrehozása előtt javasolták.

Íme egy részlet a Wikipédiából:

Az oktett szabály kémiai hüvelykujj, amely tükrözi azt a megfigyelést, hogy a fő- a csoportelemek általában úgy kapcsolódnak össze, hogy mindegyik atom vegyértékhéjában nyolc elektron van, ami ugyanazt az elektronikus konfigurációt adja, mint a nemesgáz. A szabály különösen a szénre, a nitrogénre, az oxigénre és a halogénekre vonatkozik, de az olyan fémekre is, mint a nátrium vagy a magnézium.

Forrás: https://en.wikipedia.org/wiki/Octet_rule

Itt fontos megjegyezni:

• ” egy kémiai ökölszabály, amely a megfigyelést tükrözi “: csak megfigyelések alapján állapítja meg
• A szabály különösen alkalmazható a szénre, nitrogénre, oxigénre és halogénekre, de olyan fémekre is, mint a nátrium vagy a magnézium : a legtöbb esetben működik csak a periódusos rendszer első néhány periódusának elemei által alkotott vegyületek.

Nemcsak számos kivétel van a szabály alól, amikor a 20-as atomszám fölötti atomokat vesszük figyelembe, vannak kivételek a szabály alól, amikor az alacsonyabb periódusok néhány elemét is figyelembe vesszük ( nem meglepetés):

• vannak olyan stabil atomok, amelyek hiányosan kitöltött vegyértékű héjjal rendelkeznek, de még mindig stabilak ($ BCl_3 $, a visszacsatolásnak nevezett jelenség itt szerepet játszik, amely biztosítja a bór pillanatnyi oktettjét) atom)
• vannak stabil atomok, páratlan számú elektronnal (nitrogén-oxid, $ NO $; nitrogén-dioxid, $ NO_2 $; klór-dioxid, $ ClO_2 $)
• vannak stabilak 8 vegyértékelektront meghaladó atomok (a $ SF_6 $ 12 elektronja veszi körül a központi atomot, azaz: kén)

Ha mindent dióhéjba szeretnénk tenni, az oktett szabály nem helyes.

---

Hogyan működik az oktett szabály?

Kémiai osztályban s ezt megkerüljük a kovalensen kötött elektronok “kettős számlálásával” – valahogyan valencia elektronként számolhatnak egyszerre két atomon. De hogyan lehet egyetlen elektron egyszerre két kvantumállapotban?

Az oktett-szabály kimondja, hogy az atomok hajlamosak olyan molekulákat alkotni, amelyek 8 elektronnal rendelkeznek valens héjában. Nem számít, hogy az elektron magányos pár (vagy egy gyökös elektron), vagy egy kötött elektron; bármilyen típusú is lehet az elektron, az még mindig az atom része.

Nem duplázza meg az összes megosztott elektront, mert azok az atom részét képezik. Ahogy a neve is mondja, az elektronok vannak megosztva, ezért a számlálás során a megosztott elektronok is szerepelnek.

---

Miért használjuk ma is az oktett szabályt?

Ma is használjuk az oktett szabályt, mivel könnyebb megérteni és leírni a legtöbb általános vegyület (az első néhány elem által alkotott vegyületek) viselkedését. “Nem akarja a molekuláris orbitális elméletet egy $ 10 ^ {th} $ minőségű tankönyvbe, igaz?

---

Molecular Orbital Theory

Ez a legújabb elmélet, amely a kötésképződéseket magyarázza. A JackI tömör és tiszta magyarázatot adott a molekuláris orbitális elméletre.

Megjegyzések

• Van egy fájlom, amelyet ” molekulagyűjtés ” – a legtöbb molekulát furcsa (például az oktet-szabály be nem tartása), nagy vagy éppen esztétikus szempontból választják ki. Részben azért kezdtem el, mert imádtam, hogy az oktett-szabályból sok furcsa molekuláris geometria képződhet – bizonyos esetekben még szén nélkül is, amint az a en látható. wikipedia.org/wiki/Decaborane . És azért kerestem ezt a kérdést, mert gyanítottam, hogy az oktett-szabály csak olyan szabály lehetett, amely nem ‘ működik, de elkerüli a molekulapálya-elméletet. Jó tudni.