استثناءات من قاعدة الثمانية

العديد من الجزيئات التساهمية لها ذرات مركزية لا تحتوي على ثمانية إلكترونات في هياكل لويس الخاصة بها. تنقسم هذه الجزيئات إلى ثلاث فئات:

1. جزيئات الإلكترون الفردية لها عدد فردي من إلكترونات التكافؤ وبالتالي لها إلكترون غير مزدوج.
2. تحتوي الجزيئات التي تعاني من نقص الإلكترون على ذرة مركزية بها إلكترونات أقل مما هو مطلوب لتكوين الغازات النبيلة.
3. الجزيئات الفائقة التكافؤ لها ذرة مركزية بها إلكترونات أكثر مما هو مطلوب لتكوين الغازات النبيلة.

جزيئات الإلكترون الفردية

تسمى الجزيئات التي تحتوي على عدد فردي من الإلكترونات بالجذور. أكسيد النيتريك ، NO ، هو مثال على جزيء الإلكترون الفردي ؛ يتم إنتاجه في محركات الاحتراق الداخلي عندما يتفاعل الأكسجين والنيتروجين عند درجات حرارة عالية.

لرسم بنية لويس لجزيء الإلكترون الفردي مثل أكسيد النيتروجين ، يتم أخذ الخطوات التالية في الاعتبار:

1. حدد العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ (الغلاف الخارجي). مجموع إلكترونات التكافؤ هو 5 (من N) + 6 (من O) = 11. يشير الرقم الفردي إلى أنه جذر حر، حيث لا تحتوي كل ذرة على ثمانية إلكترونات في غلاف التكافؤ.
2. ارسم شكلاً هيكليًا للجزيء. هيكل مع رابطة أحادية لـ N–O يمكن بسهولة رسمها.
3. وزع الإلكترونات المتبقية على شكل أزواج وحيدة على الذرات الطرفية. في هذه الحالة ، لا توجد ذرة مركزية ، لذلك تتوزع الإلكترونات حول كلتا الذرتين. يتم تخصيص ثمانية إلكترونات للذرة الأكثر كهرسلبية في هذه الحالات ؛ وهكذا ، يحتوي الأكسجين على غلاف التكافؤ المملوء:
   
4. ضع كل الإلكترونات المتبقية على الذرة المركزية. نظراً لعدم وجود إلكترونات متبقية، فإن هذه الخطوة لا تنطبق.
5. أعد ترتيب الإلكترونات لعمل روابط متعددة مع الذرة المركزية للحصول على ثماني بتات كلما أمكن ذلك. على الرغم من أن جزيء الإلكترون الفردي لا يمكن أن يحتوي على ثماني بتات لكل ذرة ، يجب أن تحصل كل ذرة على الإلكترونات في أقرب وقت ممكن من ثماني بتات. في هذه الحالة ، يحتوي النيتروجين على خمسة إلكترونات فقط حوله. للاقتراب من ثماني بتات للنيتروجين ، يتم استخدام أحد الأزواج الوحيدة من الأكسجين لتكوين رابطة ثنائية أكسيد النيتروجين. (لا يمكن أخذ زوج وحيد آخر من الإلكترونات من الأكسجين لتكوين رابطة ثلاثية لأن النيتروجين سيكون عندها تسعة إلكترونات :)
   

الجزيئات التي تعاني من نقص الإلكترون

ومع ذلك، تحتوي بعض الجزيئات على ذرات مركزية لا تحتوي على غلاف تكافؤ ممتلئ. بشكل عام، هذه جزيئات لها ذرات مركزية من المجموعتين 2 و 13 ، أو ذرات خارجية من الهيدروجين ، أو ذرات أخرى لا تشكل روابط متعددة. على سبيل المثال ، في هياكل لويس لثاني هيدريد البريليوم ، BeH ₂ ، وثلاثي فلوريد البورون ، BF₃ ، تحتوي كل من ذرات البريليوم والبورون على أربعة وستة إلكترونات فقط، على التوالي. من الممكن رسم بنية برابطة مزدوجة بين ذرة البورون وذرة الفلور في BF₃ ، تلبية لقاعدة الثمانية، لكن الأدلة التجريبية تشير إلى أن أطوال الرابطة أقرب إلى تلك المتوقعة لـ B–F ؛ روابط وحيدة. يشير هذا إلى أن أفضل بنية لويس لها ثلاثة روابط منفردة B &B–F والبورون الذي يعاني من نقص الإلكترون. تفاعل المركب يتوافق أيضًا مع البورون الذي يعاني من نقص الإلكترون. ومع ذلك ، فإن روابط B–F أقصر قليلاً مما هو متوقع بالفعل للروابط الفردية B–F، مما يشير إلى وجود بعض سمات الرابطة المزدوجة في الجزيء الفعلي.

ذرة مثل ذرة البورون في BF₃، والتي لا تحتوي على ثمانية إلكترونات، شديدة التفاعل. يتحد بسهولة مع جزيء يحتوي على ذرة مع زوج وحيد من الإلكترونات. على سبيل المثال ، يتفاعل NH₃ مع BF₃ لأن الزوج الوحيد الموجود على النيتروجين يمكن مشاركته مع ذرة البورون:

الجزيئات الفائقة التكافؤ

يمكن للعناصر في الفترة الثانية من الجدول الدوري (n = 2) أن تستوعب ثمانية إلكترونات فقط في مدارات غلاف التكافؤ لأن لها أربعة مدارات تكافؤ فقط (واحد 2s وثلاثة 2p orbitals). العناصر في المجموعتين الدوريتين الثالثة ومافوق (n ≥ 3) لها أكثر من أربعة مدارات تكافؤ ويمكنها مشاركة أكثر من أربعة أزواج من الإلكترونات مع ذرات أخرى لأنها تحتوي على d فارغة المدارات في نفس الغلاف. تسمى الجزيئات المكونة من هذه العناصر أحياناً الجزيئات الفائقة التكافؤ، مثل PCl₅ و SF₆. في PCl₅ ، تشترك الذرة المركزية، الفوسفور، في خمسة أزواج من الإلكترونات. في SF₆ ، يشترك الكبريت في ستة أزواج من الإلكترونات.

في بعض الجزيئات فائقة التكافؤ، مثل IF₅ and XeF₄، تكون بعض الإلكترونات في الغلاف الخارجي للذرة المركزية أزواجاً وحيدة:

في هياكل لويس لهذه الجزيئات، هناك إلكترونات متبقية بعد ملء أغلفة التكافؤ للذرات الخارجية بثمانية إلكترونات. يجب تخصيص هذه الإلكترونات الإضافية للذرة المركزية.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 7.3: Lewis Symbols and Structures.