Wat zijn de juiste resonantiestructuren van lachgas?

Ten eerste zijn geen van de resonantiestructuren die u voor uw test hebt getekend, mogelijk omdat ze allebei in strijd zijn met de octetregel. Voor de structuur op links, de meest linkse $ \ ce {N} $ heeft de controle over slechts 6 elektronen, en zal niet bestaan in deze vorm. De structuur aan de rechterkant is niet mogelijk omdat centrale $ \ ce {N} $ deelneemt aan 5 obligaties, wat $ \ ce {N} $ niet kan. Het maximale aantal obligaties waaraan $ \ ce {N} $ kan deelnemen is 3 (covalente binding – zoals $ \ ce {NH3} $) of 4 (coördinatenbinding – zoals $ \ ce {NH4 +} $).

Zolang je aan de octet-regel voldoet (of in ieder geval zo goed mogelijk – hier zijn enkele uitzonderingen ) en je de stabiliteit wilt controleren van een molecuul dat u hebt getekend, gebruikt u gewoon de formule voor een formele lading. Dit wordt gegeven door de vergelijking:

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

Waar $ \ mathrm {FC} $ de formele lading is, is $ \ mathrm {V} $ het aantal valentie-elektronen dat het betreffende atoom gewoonlijk heeft, $ \ mathrm {N_B} $ is de aantal niet-gebonden elektronen, en $ \ mathrm {B} $ is het aantal elektronen dat gedeeld wordt in een covalente binding op het atoom. Als een molecuul stabiel is, zou de som van de formele ladingen van elk substituent atoom 0 moeten zijn. Als je dit zou testen op elk van de resonantiestructuren die de test als antwoord geeft, zou je zien dat dit waar is.

Opmerkingen

• ' Als een molecuul stabiel is, moet de som van de formele ladingen van elk substituent atoom zijn 0 ' – Ik ' ga niet eens proberen het aantal manieren op te sommen waarop die zin fout is. Zelfs als we ' stabiel niet begrijpen als een thermodynamische term, is het nog steeds verkeerd voor moleculaire ionen.
• @Jan A moleculair ion is geen molecuul , het is een geladen moleculaire entiteit en een molecuul is per definitie neutraal. Het enige minpunt dat in die zin aanwezig is, is dus dat het overbodig is, aangezien een molecuul ook per definitie altijd minstens metastabiel is.

Om Ringos goede antwoord toe te voegen en wat meer inzicht in de hechtingssituatie te geven, heb ik een berekening uitgevoerd op het DF-BP86 / def2-SVP-theorieniveau. Aangezien dit een lineaire molecuul, er zijn symmetriebeperkingen. De puntgroep is $ C _ {\ infty \ mathrm {v}} $, wat betekent dat er gedegenereerde orbitalen zijn. Zoals we zullen zien, komen deze overeen met $ \ pi $ bindingen. Hier is een afbeelding van het valentie-orbitaalschema:

De orbitalen 1-3 zijn kern-orbitalen (1s) op de respectievelijke elementen. MO 4 komt overeen met een $ \ ce {ON} ~ \ sigma $ binding. Het is opmerkelijk dat deze binding is gedelokaliseerd en ook een deel van de $ \ ce {NN} ~ \ sigma $ binding beschrijft. Analoog dit geldt voor MO 5, maar andersom: In MO 6 kunnen we de aanwezigheid van de lo zien ne paar bij zuurstof. MOs 7 en 8 beschrijven twee gedelokaliseerde $ \ pi $ bindingen, bindingen met betrekking tot alle atomen in de verbinding. MO 9 heeft voornamelijk een eenzaam-paarkarakter en bevindt zich aan de terminale stikstof. Tho HOMOs zijn ook $ \ pi $ orbitalen, bindend met betrekking tot $ \ ce {N-N} $ en anti-binding met betrekking tot $ \ ce {O-N} $. Dit impliceert enigszins ook een eenzaam paar-karakter voor deze orbitalen. Houd er rekening mee dat er geen orbitaal met een eenzaam-paarkarakter is bij de centrale stikstof.

Ik heb de golffunctie verder geanalyseerd met de orbitaaltheorie van de natuurlijke binding. Deze methode lokaliseert de orbitalen (en elektronendichtheid) en vergelijkt deze met de ideale elektronendichtheid van een gegeven Lewis-structuur. Hoge percentages betekenen dat de configuratie goed overeenkomt met het Lewis-concept.

Ik heb de door u voorgestelde structuren opgenomen . U kunt zien dat, hoewel configuratie 1 geen ideale Lewis-structuur is, het tot op zekere hoogte nog steeds overeenkomt met het Lewis-concept.Als iemand een meer rigoureuze benadering zou volgen met de Valence Bond-theorie, zou ik verwachten dat deze structuur (op zijn minst een kleine) bijdrage levert aan de algehele hechtingssituatie. De fundamentele fout met deze structuur is het elektronensextet aan de terminale stikstof, zoals Ringo al zei. Het positieve aspect van deze structuur is dat er geen formele aanklacht voor nodig is. Ik zou deze structuur niet als verkeerd beschouwen.
De tweede structuur is echter niet correct. Dit kan alleen bestaan in een aangeslagen toestand. Stikstof kan niet meer dan acht elektronen om zich heen binden.
De derde structuur is de ideale structuur, dat wil zeggen degene met de hoogste overeenkomst. Ik zou verwachten dat het de grootste bijdrage levert aan de algehele binding.
Structuur 3 is verantwoordelijk voor delocalisatie-effecten en is een van de belangrijkste bijdragen aan de algehele resonantiestabilisatie van het molecuul. In principe kun je het karakter hiervan zien in de MOs 7 en 8 hierboven.
De laatste structuur ( 5 ) probeert hetzelfde, maar naar mijn smaak is dit een beetje vergezocht. Het komt nog enigszins overeen met het Lewis-concept, maar net als bij configuratie 1 zou ik alleen een kleinere bijdrage verwachten.

Stikstof kan zijn octet niet uitbreiden (het kan niet meer dan acht valentie-elektronen bevatten). In de resonantiestructuren die je hebt getekend, zijn zowel de stikstof als de zuurstof aan de uiteinden stabiel (zonder lading) maar stikstof in het midden heeft vijf bindingen en is daarom in strijd met de bovenstaande regel. Het maximale aantal bindingen voor stikstof in het midden is dus vier. Daarom heeft het middelste stikstofatoom (in het goede antwoord) vier bindingen maar met een lading.

Ook wordt een uitgebreid octet over het algemeen waargenomen in elementen die zich onder de tweede periode bevinden.

Reacties

• " Expanded octet wordt gebruikt voor elementen die zich onder periode 2 bevinden omdat ze d-orbitalen om uit te breiden. " Eh, wat ?! Hoe breidt jodium dan het octet uit?
• Er is altijd enige verwachting
• Hoe breidt broom en chloor het octet dan uit? Het punt is, deze bewering is fout ! Fout zeg ik!
• […] Heck, zelfs H heeft lege d-orbitalen, maar het kost een aanzienlijke hoeveelheid energie om elektronen daar te laten komen. Dus al met al is deze verklaring misleidend … zo niet volledig gebaseerd op een verkeerd uitgangspunt.
• @MARamezani: Ja, daar ben ik het mee eens; de verklaring is onvolledig. Ik behandel elementen bijna nooit op basis van het nummer van hun periode (of zelfs groep), maar eerder op basis van hun relatieve positie in het periodiek systeem … blijkbaar is het gebruik ervan over de hele wereld anders.