Jakie są prawidłowe struktury rezonansowe podtlenku azotu?

Po pierwsze, żadna ze struktur rezonansowych, które narysowałeś na potrzeby testu, nie jest możliwa, ponieważ obie naruszają regułę oktetu. po lewej stronie, skrajnie lewy $ \ ce {N} $ kontroluje tylko 6 elektronów i nie będzie istnieć w tej formie. Struktura po prawej stronie nie jest możliwe, ponieważ centralny $ \ ce {N} $ uczestniczy w 5 obligacjach, czego $ \ ce {N} $ nie może zrobić. Maksymalna liczba wiązań, w których $ \ ce {N} $ może uczestniczyć, to 3 (wiązanie kowalencyjne – jak $ \ ce {NH3} $) lub 4 (wiązanie współrzędnościowe – np. $ \ Ce {NH4 +} $).

O ile spełniasz regułę oktetu (lub przynajmniej najlepiej jak potrafisz – oto kilka wyjątków ) i chcesz sprawdzić stabilność cząsteczki, którą narysowałeś, po prostu użyj wzoru na ładunek formalny. Wynika to ze wzoru:

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

Gdy $ \ mathrm {FC} $ jest ładunkiem formalnym, $ \ mathrm {V} $ jest liczbą elektronów walencyjnych, które zwykle ma rozważany atom, $ \ mathrm {N_B} $ jest liczba niezwiązanych elektronów, a $ \ mathrm {B} $ to liczba elektronów współdzielonych w wiązaniu kowalencyjnym na atomie. Jeśli cząsteczka jest stabilna, suma ładunków formalnych każdego atomu podstawnika powinna wynosić 0. Gdybyś przetestował to na każdej ze struktur rezonansowych, które test dostarcza jako odpowiedzi, zobaczyłbyś, że to prawda.

Komentarze

• ' Jeśli cząsteczka jest stabilna, suma ładunków formalnych każdego atomu podstawnika powinna być 0 ' – Nie ' nie mam zamiaru nawet spróbować wymienić, w jakich przypadkach to zdanie jest błędne. Nawet jeśli ' nie rozumiemy terminu stabilny jako terminu termodynamicznego, nadal jest on błędny w przypadku jonów molekularnych.
• @Jan A jon molekularny nie jest cząsteczką , to naładowana molekularna jednostka , a cząsteczka jest z definicji neutralna. Stąd jedyną wadą obecną w tym zdaniu jest to, że jest ono zbędne, ponieważ cząsteczka jest również z definicji zawsze przynajmniej metastabilna.

Aby dodać dobrą odpowiedź Ringo i dodać więcej informacji na temat sytuacji związanej z wiązaniem, wykonałem obliczenia na poziomie teorii DF-BP86 / def2-SVP. Ponieważ jest to cząsteczka liniowa, istnieją ograniczenia symetrii. Jej grupa punktowa to $ C _ {\ infty \ mathrm {v}} $, co oznacza, że istnieją zdegenerowane orbitale. Jak zobaczymy, odpowiadają one wiązaniom $ \ pi $. Oto obraz schematu orbitalnego walencyjnego:

Orbitale 1-3 to orbitale podstawowe (1s) w odpowiednich elementach. MO 4 odpowiada obligacji $ \ ce {ON} ~ \ sigma $. Warto zauważyć, że ta więź jest zdelokalizowana i opisuje również część obligacji $ \ ce {NN} ~ \ sigma $. Analogicznie dotyczy to MO 5, ale na odwrót.W MO 6 widzimy obecność lo ne para przy tlenie. MO 7 i 8 opisują dwa zdelokalizowane wiązania $ \ pi $, wiążące względem wszystkich atomów w związku. MO 9 ma głównie charakter samotnej pary i znajduje się na terminalu azotu. Chociaż HOMO są również orbitalami $ \ pi $, wiążącymi w odniesieniu do $ \ ce {N-N} $ i anty-wiązaniami w odniesieniu do $ \ ce {O-N} $. To nieco implikuje postać samotnej pary również dla tych orbitali. Proszę zauważyć, że nie ma orbitalu o charakterze samotnej pary w centralnym azocie.

Następnie przeanalizowałem funkcję falową za pomocą teorii orbitalnych wiązań naturalnych. Ta metoda lokalizuje orbitale (i gęstość elektronów) i porównuje je z idealną gęstością elektronową danej struktury Lewisa. Wysokie wartości procentowe oznaczają, że konfiguracja dobrze zgadza się z koncepcją Lewisa.

Podałem struktury, które zasugerowałeś . Możesz zobaczyć, że chociaż konfiguracja 1 nie jest idealną strukturą Lewisa, to nadal do pewnego stopnia zgadza się z koncepcją Lewisa.Gdyby ktoś zastosował bardziej rygorystyczne podejście z teorią Valence Bond, spodziewałbym się, że ta struktura będzie miała (przynajmniej niewielki) wkład w ogólną sytuację związaną z więziami. Podstawową wadą tej struktury jest sekstet elektronów przy końcowym azocie, o czym już wspomniał Ringo. Pozytywnym aspektem tej struktury jest to, że nie wymaga formalnych opłat. Nie uważałbym tej struktury za niewłaściwą.
Druga struktura jest jednak nieprawidłowa. To może istnieć tylko w stanie wzbudzonym. Azot nie może mieć więcej niż 8 wiązanych wokół siebie elektronów.
Trzecia struktura to struktura idealna, czyli ta o największej zgodności. Spodziewałbym się, że będzie miał największy udział w ogólnym wiązaniu.
Struktura 3 odpowiada za efekty delokalizacji i jest jednym z głównych wkładów w ogólną stabilizację rezonansu cząsteczki. Zasadniczo możesz zobaczyć charakter tego w MO 7 i 8 powyżej.
Ostatnia struktura ( 5 ) próbuje tego samego, ale jak na mój gust jest to trochę naciągane. Wciąż zgadza się nieco z koncepcją Lewisa, ale podobnie jak konfiguracja 1 oczekiwałbym tylko mniejszego wkładu.

Azot nie może rozszerzyć swojego oktetu (nie może pomieścić więcej niż osiem elektronów walencyjnych). W narysowanych strukturach rezonansowych zarówno azot, jak i tlen na końcach są stabilne (nie mają ładunku), ale azot w środku ma pięć wiązań, a zatem narusza powyższą zasadę. Tak więc maksymalna liczba wiązań azotu w środku wynosi cztery. Dlatego środkowy atom azotu (w poprawnej odpowiedzi) ma cztery wiązania, ale z ładunkiem.

Ponadto rozszerzony oktet jest zwykle obserwowany w elementach znajdujących się poniżej drugiego okresu.

Komentarze

• " Rozszerzony oktet jest używany do elementów, które znajdują się poniżej okresu 2, ponieważ mają Orbitale d do rozszerzenia. " Hm, co ?! Jak więc jod rozszerza oktet?
• Zawsze jest jakieś oczekiwanie
• W jaki sposób brom i chlor rozszerzają oktet? Chodzi o to, że to stwierdzenie jest błędne ! Źle Mówię!
• […] Heck, nawet H ma wolne orbitale d, ale elektrony do nich docierają wymagają znacznej ilości energii. Podsumowując, to stwierdzenie jest mylące … jeśli nie jest całkowicie oparte na błędnym założeniu.
• @ MARamezani: Tak, zgadzam się z tym; oświadczenie jest niekompletne. Rzadko kiedy odnoszę się do elementów na podstawie liczby ich okresu (lub nawet grupy), ale raczej według ich względnych pozycji w układzie okresowym… najwyraźniej użycie tego jest inne na całym świecie.