Elektronlarni hisoblash - Electron counting - Wikipedia

Elektronlarni hisoblash birikmalarni tasniflash va elektron tuzilmani tushuntirish yoki bashorat qilish uchun ishlatiladigan formalizmdir bog'lash.[1] Kimyo bo'yicha ko'plab qoidalar elektronlarni hisoblashga asoslangan:

Atomlar "elektron etishmasligi "ularning elektronlari o'zlarining qoidalariga nisbatan juda kam bo'lsa yoki"gipervalent "Agar ular juda ko'p elektronga ega bo'lganda. Ushbu birikmalar ularning qoidalariga bo'ysunadigan birikmalarga qaraganda ancha reaktiv bo'lishga moyil bo'lgani uchun, elektronlarni hisoblash molekulalarning reaktivligini aniqlash uchun muhim vosita hisoblanadi.

Hisoblash qoidalari

Elektronlarni hisoblashning ikkita usuli mashhur bo'lib, ikkalasi ham bir xil natijani beradi.

  • Neytral hisoblash yondashuvi o'rganilayotgan molekula yoki fragment faqat kovalent bog'lanishlardan iborat deb taxmin qiladi. Bu tomonidan ommalashtirildi Malkolm Yashil L va X ligand yozuvlari bilan birga.[2][3] Odatda past valentli o'tish metallari uchun bu osonroq hisoblanadi.[iqtibos kerak ]
  • "Ionik hisoblash" yondashuvi atomlar orasidagi sof ion aloqalarini o'z ichiga oladi. Ikkala yondashuvni ham qo'llash orqali hisob-kitobni tekshirish mumkin.

Shunga qaramay, kimyoviy turlarning aksariyati faqat kovalent va ionli ekstremal o'rtasida mavjudligini bilish muhimdir.

Neytral hisoblash

  • Ushbu usul markaziy atomni davriy sistemada joylashtirish va uning valentlik elektronlari sonini aniqlashdan boshlanadi. Asosiy guruh elementlari uchun valentlik elektronlarini o'tish metallaridan boshqacha hisoblaydi.
Masalan, 2-davrda: B, C, N, O va F mos ravishda 3, 4, 5, 6 va 7 valentlik elektronlariga ega.
Masalan, 4-davrda: K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Fe, Ni navbati bilan 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 valentlik elektronlariga ega.
  • Har biriga bittadan qo'shiladi haloid yoki sigma aloqasi orqali markaziy atom bilan bog'lanadigan boshqa anyonik ligand.
  • Metallga bog'langan har bir juftlik uchun ikkitasi qo'shiladi (masalan, har bir Lyuis bazasi yakka juftlik bilan bog'lanadi). Alken va alkin kabi to'yinmagan uglevodorodlar Lyuis asoslari hisoblanadi. Xuddi shunday Lyuis va Bronsted kislotalari (protonlar) hech qanday yordam bermaydilar.
  • Har bir homelement aloqasi uchun bittadan qo'shiladi.
  • Har bir manfiy zaryad uchun bittasi qo'shiladi va har bir musbat zaryad uchun bitta olinadi.

Ionik hisoblash

  • Ushbu usul oksidlanish darajasini qabul qilib, elementning elektronlari sonini hisoblashdan boshlanadi
Masalan, Fe uchun2+ 6 ta elektronga ega
S2− 8 ta elektronga ega
  • Har biriga ikkitadan qo'shiladi haloid yoki sigma aloqasi orqali metall bilan bog'lanadigan boshqa anyonik ligand.
  • Metallga bog'langan har bir juftlik uchun ikkitadan qo'shiladi (masalan, har bir fosfin ligand yakka juftlik bilan bog'lanishi mumkin). Xuddi shunday Lyuis va Bronsted kislotalari (protonlar) hech qanday yordam bermaydilar.
  • Alken kabi to'yinmagan ligandlar uchun metallga bog'langan har bir uglerod atomi uchun bitta elektron qo'shiladi.

Umumiy parchalar tomonidan ehson qilingan elektronlar

LigandElektronlar o'z hissalarini qo'shdilar
(neytral hisoblash)		Elektronlar o'z hissalarini qo'shdilar
(ionli hisoblash)		Ion ekvivalenti
X12X−; X = F, Cl, Br, I
H12H−
H10H+
O24O2−
N36N3−
NR322NR3; R = H, alkil, aril
CR224CR2−
2
Etilen22C2H4
siklopentadienil56C
5H−
5
benzol66C6H6

"Maxsus holatlar"

Ba'zi ligandlar tomonidan "sovg'a qilingan" elektronlar soni metall-ligand ansamblining geometriyasiga bog'liq. Ushbu murakkablikning misoli M -YOQ tashkilot. Ushbu guruhlash chiziqli bo'lsa, NO ligand uch elektronli ligand hisoblanadi. M-NO kichik birligi N ga kuchli egilganda, NO psevdohalid sifatida ko'rib chiqiladi va shu bilan bitta elektron bo'ladi (neytral hisoblash yondashuvida). Vaziyat juda farq qilmaydi η3 ga qarshi η1 allil. Elektronlarni hisoblash nuqtai nazaridan yana bir noodatiy ligand bu oltingugurt dioksidi.

Misollar

  • CH4, markaziy C uchun
neytral hisoblash: C 4 elektronni, har bir H radikalini bittasini qo'shadi: 4 + 4 × 1 = 8 valentlik elektronlari
ionli hisoblash: C4− 8 ta elektronni hosil qiladi, har bir proton har biriga 0 ta hissa qo'shadi: 8 + 4 × 0 = 8 ta elektron.
H uchun o'xshash:
neytral hisoblash: H 1 elektronni, C 1 elektronni hosil qiladi (C ning qolgan 3 elektroni molekuladagi boshqa 3 gidrogen uchun): 1 + 1 × 1 = 2 valentlik elektronlari.
ionli hisoblash: H 0 elektronni hosil qiladi (H+), C4− 2 elektronni (H ga), 0 + 1 × 2 = 2 valentlik elektronlariga hissa qo'shadi
xulosa: Metan uglerod uchun sakkizli qoidaga va vodorod uchun duet qoidaga amal qiladi va shuning uchun barqaror molekula bo'lishi kutilmoqda (biz kundalik hayotdan ko'rib turibmiz)
  • H2S, markaziy S uchun
neytral hisoblash: S 6 elektronni, har bir vodorod radikalini bittasini qo'shadi: 6 + 2 × 1 = 8 valentli elektron
ionli hisoblash: S2− 8 ta elektronni hosil qiladi, har bir proton 0: 8 + 2 × 0 = 8 valentli elektronni hosil qiladi
xulosa: sekundli elektronlar soni (oltingugurt bo'yicha) bilan biz H ni kutishimiz mumkin2Agar ikkita yolg'iz juftlikni ko'rib chiqsak, S psevdetetrahedral bo'ladi.
  • SCl2, markaziy S uchun
neytral hisoblash: S 6 elektronni, har bir xlor radikalini bittasini qo'shadi: 6 + 2 × 1 = 8 valent elektron
ionli hisoblash: S2+ 4 ta elektronni hosil qiladi, har bir xlor anioni 2: 4 + 2 × 2 = 8 valentlik elektronlarini hosil qiladi
xulosa: H uchun munozaraga qarang2Yuqoridagi S. Ikkala SCl2 va H2S oktet qoidasiga amal qiladi - bu molekulalarning harakati umuman boshqacha.
  • SF6, markaziy S uchun
neytral hisoblash: S 6 elektronni, har bir ftor radikalini bittasini qo'shadi: 6 + 6 × 1 = 12 valent elektron
ionli hisoblash: S6+ 0 elektronni hosil qiladi, har bir ftor anioni 2: 0 + 6 × 2 = 12 valent elektronni hosil qiladi.
xulosa: ionli hisoblash molekulada yolg'iz elektronlar yo'qligini ko'rsatadi, shuning uchun uning tuzilishi oktaedral bo'ladi, deb bashorat qilgan VSEPR. Ushbu molekula yuqori reaktiv bo'ladi degan xulosaga kelish mumkin, ammo aksincha: SF6 inert bo'lib, u ushbu xususiyat tufayli sanoatda keng qo'llaniladi.
neytral hisoblash: Ti 4 elektronni, har bir xlor radikalini bittasini qo'shadi: 4 + 4 × 1 = 8 valentlik elektronlari
ionli hisoblash: Ti4+ 0 elektronni hosil qiladi, har bir xlor anioni ikkitadan hissa qo'shadi: 0 + 4 × 2 = 8 valentlik elektronlari
xulosa: Faqat 8e (va boshqalar) 18 mumkin), biz TiCl ni taxmin qilishimiz mumkin4 yaxshi Lyuis kislotasi bo'ladi. Darhaqiqat, u suv (alkogol, efir, omin) bilan (ba'zi hollarda shiddat bilan) reaksiyaga kirishadi.
neytral hisoblash: Fe 8 elektronni, har bir CO har birini 2 hissa qo'shadi: 8 + 2 × 5 = 18 valent elektron
ionli hisoblash: Fe (0) 8 ta elektronni hosil qiladi, har bir CO har biriga 2 ta hissa qo'shadi: 8 + 2 × 5 = 18 valentli elektron
xulosalar: bu maxsus holat, bu erda ionli hisoblash neytral hisoblash bilan bir xil, barcha qismlar neytral hisoblanadi. Bu 18 elektronli kompleks ekan, uni ajratib olinadigan birikma bo'lishi kutilmoqda.
neytral hisoblash: Fe 8 elektronni, 2 ga hissa qo'shadi siklopentadienil halqalari har biriga 5 ta hissa qo'shing: 8 + 2 × 5 = 18 elektron
ionli hisoblash: Fe2+ 6 ta elektronni hosil qiladi, ikkita aromatik siklopentadienil halqasi har birida 6 ta hissa qo'shadi: temirdagi 6 + 2 × 6 = 18 valentli elektron.
xulosa: Ferrosen ajraladigan birikma bo'lishi kutilmoqda.

Ushbu misollarda elektronlarni hisoblash usullari ko'rsatilgan, ular a rasmiyatchilik, va hech qanday aloqasi yo'q haqiqiy hayot kimyoviy transformatsiyalar. Yuqorida aytib o'tilgan "parchalar" ning aksariyati emas shunday mavjud; ularni shishada saqlash mumkin emas: masalan. neytral C, tetraanionik C, neytral Ti va tetrakatsion Ti emas ozod turlar, ular doimo bir narsaga bog'lanib qolishadi, neytral C uchun u odatda grafit, ko'mir, olmosda (elektronlarni qo'shni uglerodlar bilan bo'lishishida) uchraydi, chunki Ti uning metalidir (u o'z elektronlarini qo'shni bilan bo'lishadigan joyda) Ti atomlari), C4− va Ti4+ "mavjud" faqat tegishli qarama-qarshiliklar bilan (ular bilan elektronlarni bo'lishishi mumkin). Shunday qilib, bu formalizmlar faqat turg'unlik yoki birikmalar xususiyatlarini bashorat qilish uchun ishlatiladi!

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Parkin, Jerar (2006). "Valentlik, oksidlanish raqami va rasmiy zaryad: uchta o'xshash, ammo tubdan farq qiluvchi tushunchalar". Kimyoviy ta'lim jurnali. 83: 791. Bibcode:2006JChEd..83..791P. doi:10.1021 / ed083p791. ISSN  0021-9584. Olingan 2009-11-10.
  2. ^ Yashil, M. L. H. (1995-09-20). "Elementlarning kovalent birikmalarini rasmiy tasniflash bo'yicha yangi yondashuv". Organometalik kimyo jurnali. 500 (1–2): 127–148. doi:10.1016 / 0022-328X (95) 00508-N. ISSN  0022-328X.
  3. ^ "MLXZ". www.columbia.edu.