아산화 질소의 올바른 공명 구조는 무엇입니까?

첫째, 테스트를 위해 그린 공명 구조는 모두 옥텟 규칙을 위반하기 때문에 불가능합니다. 왼쪽, 가장 왼쪽 $ \ ce {N} $는 6 개의 전자만을 제어하며이 형태로는 존재하지 않습니다. 오른쪽의 구조는 그렇지 않습니다. 중앙 $ \ ce {N} $는 $ \ ce {N} $가 할 수없는 5 개의 채권에 참여하기 때문에 가능합니다. $ \ ce {N} $가 참여할 수있는 최대 결합 수는 3 (공유 결합-$ \ ce {NH3} $와 같음) 또는 4 (좌표 결합-$ \ ce {NH4 +} $와 같음)입니다.

옥텟 규칙 (또는 최소한 가능한 한 최대한-여기에 몇 가지 예외 )를 충족하고 안정성을 확인하려는 경우 당신이 그린 분자의 공식적인 전하에 대한 공식을 사용하십시오. 이것은 방정식으로 주어집니다.

$$ \ mathrm {FC} = \ mathrm {V}-(\ mathrm {N_B} + \ frac {\ mathrm {B}} {2}) $$

$ \ mathrm {FC} $는 공식 전하이고, $ \ mathrm {V} $는 고려중인 원자가 일반적으로 갖는 원자가 전자의 수이며, $ \ mathrm {N_B} $는 결합되지 않은 전자의 수, $ \ mathrm {B} $는 원자의 공유 결합에서 공유되는 전자의 수입니다. 분자가 안정하다면 각 치환기 원자의 공식 전하의 합은 0이되어야합니다. 테스트가 답으로 제공하는 각 공명 구조에 대해 이것을 테스트한다면 이것이 사실임을 알 수 있습니다.

주석

• ' 분자가 안정하면 각 치환기 원자의 공식 전하의 합은 다음과 같아야합니다. 0 ' — 저는 ' 그 문장이 틀린 방법의 수를 나열하려고 시도하지 않을 것입니다. ' 안정 을 열역학적 용어로 이해하지 못하더라도 분자 이온에 대해서는 여전히 잘못된 것입니다.
• @Jan A 분자 이온 은 분자 가 아니며 충전 된 분자 개체 와 분자는 정의상 중립입니다. 따라서 그 문장에 존재하는 유일한 결점은 분자가 정의상 항상 최소한 메타 안정이기 때문에 중복된다는 것입니다.

Ringo의 좋은 답변을 추가하고 결합 상황에 대한 통찰력을 더하기 위해 DF-BP86 / def2-SVP 이론 수준에서 계산을 수행했습니다. 선형 분자에는 대칭 제한이 있습니다. 포인트 그룹은 $ C _ {\ infty \ mathrm {v}} $입니다. 즉, 퇴화 된 궤도가 있습니다. 보시다시피, 이들은 $ \ pi $ 결합에 해당합니다. 원자가 궤도 체계의 이미지 :

1 ~ 3 궤도는 핵심 궤도 (1s)입니다. MO 4는 $ \ ce {ON} ~ \ sigma $ 본드에 해당합니다.이 본드가 지역화되지 않았으며 $ \ ce {NN} ~ \ sigma $ 본드의 일부를 설명한다는 점이 주목할 만합니다. 이것은 MO 5에 적용되지만 반대로 MO 6에서는 lo의 존재를 볼 수 있습니다. 산소에서 ne 쌍. MOs 7과 8은 화합물의 모든 원자에 대해 결합하는 두 개의 비 국소화 된 $ \ pi $ 결합을 설명합니다. MO 9는 주로 고독한 쌍 특성을 가지며 말단 질소에 위치합니다. Tho HOMO는 또한 $ \ pi $ 궤도이며, $ \ ce {N-N} $에 대해서는 결합하고 $ \ ce {O-N} $에 대해서는 반 결합입니다. 이것은 이러한 궤도에 대한 고독한 쌍 문자도 다소 의미합니다. 중심 질소에는 고독한 쌍 특성이있는 궤도가 없습니다.

자연 결합 궤도 이론을 사용하여 파동 함수를 추가로 분석했습니다. 이 방법은 궤도 (및 전자 밀도)를 지역화하고 주어진 루이스 구조의 이상적인 전자 밀도와 비교합니다. 비율이 높으면 구성이 Lewis 개념과 잘 일치 함을 의미합니다.

제안한 구조를 포함했습니다. . 구성 1 이 이상적인 Lewis 구조는 아니지만 여전히 Lewis 개념의 특정 지점에 동의한다는 것을 알 수 있습니다.누군가가 Valence Bond 이론으로 더 엄격한 접근을한다면, 나는이 구조가 전체적인 결합 상황에 (적어도 작은) 기여를 할 것으로 기대할 것입니다. 이 구조의 기본적인 결함은 Ringo가 이미 언급했듯이 말단 질소의 전자 6 중주입니다. 이 구조의 긍정적 인 측면은 공식적인 청구가 필요하지 않다는 것입니다. 이 구조가 틀렸다고 생각하지 않습니다.
그러나 두 번째 구조는 올바르지 않습니다. 이것은 흥분 상태에서만 존재할 수 있습니다. 질소는 주변에 8 개 이상의 전자가 결합 할 수 없습니다.
세 번째 구조는 이상적인 구조, 즉 가장 일치하는 구조입니다. 나는 그것이 전체적인 결합에 가장 큰 기여를 할 것으로 기대합니다.
구조 3 는 비 국소화 효과를 설명하며 분자의 전체적인 공명 안정화에 중요한 기여 중 하나입니다. 기본적으로 위의 MOs 7과 8에서 이것의 캐릭터를 볼 수 있습니다.
마지막 구조 ( 5 )는 똑같은 시도를하지만, 제 취향으로는 이건 조금 어려웠습니다. 여전히 Lewis 개념과 다소 일치하지만 구성 1 처럼 적은 기여도 만 기대합니다.

질소는 옥텟을 확장 할 수 없습니다 (가가 전자를 8 개 이상 수용 할 수 없음). 그린 공명 구조에서 끝 부분의 질소와 산소는 모두 안정적이지만 (전하 없음) 중간에있는 질소는 5 개의 결합을 가지고 있으므로 위의 규칙을 위반합니다. 따라서 중간에있는 질소의 최대 결합 수는 4 개입니다. 그렇기 때문에 중간 질소 원자 (정답)는 4 개의 결합을 가지고 있지만 전하를 가지고 있습니다.

또한 확장 된 옥텟은 일반적으로 두 번째 기간 아래에있는 요소에서 관찰됩니다.

주석

• " 확장 옥텟은 기간 2 아래에있는 요소에 사용됩니다. 확장 할 d- 궤도. " 음, 뭐요?! 요오드는 어떻게 옥텟을 팽창시킬까요?
• 항상 약간의 기대가 있습니다
• 그러면 브롬과 염소는 어떻게 옥텟을 팽창시킬까요? 요점은이 진술이 잘못 이라는 것입니다! 틀 렸습니다 내가 말하지!
• […] 젠장, H조차도 d 궤도가 비어 있지만 전자가 거기에 도달하려면 상당한 양의 에너지가 필요합니다. 따라서, 대체로이 진술은 오해의 소지가 있습니다. 전적으로 잘못된 전제에 근거한 것은 아닙니다.
• @MARamezani : 네, 동의 할 수 있습니다. 진술이 불완전합니다. 나는 주기율표에서 상대적인 위치에 따라주기 (또는 그룹)의 숫자 를 기준으로 요소를 다루지 않습니다.… 그 사용법은 전 세계적으로 상당히 다릅니다.