Excepciones a la regla del octeto en química

Identificación de los infractores

Los elementos del grupo principal desde el Período 2 en adelante en la Tabla Periódica, en su mayor parte, siguen la regla del octeto , que es la regla que establece que los átomos intentan lograr una mayor estabilidad energética al tener una capa de valencia completamente llena de ocho electrones cuando enlaces moleculares o, a menudo, cuando se forman iones de un solo átomo. Sin embargo, hay excepciones a esta regla probada y verdadera. Estas excepciones se dividen en tres categorías:

• Moléculas con octetos incompletos
• Moléculas con un número impar de electrones de capa de valencia
• Moléculas con un octeto expandido en un átomo central

Moléculas con octetos incompletos

Hay ocasiones en las que una posible estructura de Lewis válida (una representación 2D del enlace entre átomos en una molécula) no dará un octeto de capa de valencia a cada átomo de la estructura una vez que se sumen todos los electrones de capa de valencia. Los átomos centrales con estos octetos incompletos que se encuentran con mayor frecuencia son Be, B y Al. Un ejemplo de tal molécula es el trifluoruro de boro, BF 3 . Una estructura de Lewis típica para esta molécula deja al boro deficiente en electrones de valencia:

Esta estructura es una estructura legítima que representa los 24 electrones de valencia de los átomos y tiene una carga formal cero en cada átomo:

Carga formal en un átomo (FC) = (número total de electrones de valencia en un átomo libre) – (número total de electrones no enlazados) – ½ (número total de electrones en enlaces al átomo)

FC (B) = 3 – 0 – ½ (6) = 0

FC (F) = 7-6 – ½ (2) = 0

También hay otra estructura de Lewis (en realidad tres estructuras de resonancia) que permite que esta molécula siga la regla del octeto:

Estas estructuras dan un octeto a cada átomo pero cargas formales distintas de cero en algunos de los átomos:

FC (B) = 3 – 0 – ½ (8) = -1

FC (F) = 7 – 4 – ½ (4) = +1 (Flúor con doble enlace al boro)

FC (F) = 7-6 – ½ (2) = 0 (Flúor con enlaces simples al boro)

Aunque está mal visto tener una carga formal positiva en el elemento más electronegativo, está permitido. De las cuatro posibles estructuras mostradas anteriormente para el trifluoruro de boro, los resultados experimentales han demostrado que una combinación híbrida de las cuatro es la mejor estructura para esta molécula.

Moléculas con un número impar de electrones de capa de valencia

No todas las moléculas tienen un número par de electrones de capa de valencia con los que formar la molécula. Esto normalmente resulta con un átomo que no satisface la regla del octeto al tener un número impar de electrones de capa de valencia en la estructura final. Tres de estos ejemplos son el monóxido de nitrógeno (NO), el dióxido de nitrógeno (NO 2 ) y el dióxido de cloro (ClO 2 ) (todos los gases con dos con estructuras de Lewis de resonancia):

Si tuviéramos que mirar las cargas formales para cada ejemplo, veríamos que NO tiene cargas formales cero mientras que los otros tienen dos átomos con cargas formales equilibradas, opuestas distintas de cero.

> NO

FC (N) = 5 – 3 – ½ (4) = 0

FC (O) = 6 – 4 – ½ (4) = 0

> NO 2

FC (N) = 5 – 1 – ½ (6) = +1

FC (O) = 6 – 4 – ½ (4) = 0 (Oxígeno con doble enlace)

FC (O) = 6 – 6 – ½ (2) = -1 (Oxígeno con enlace simple)

> ClO 2

FC (Cl) = 7 – 4 – ½ (4) = +1

FC (O) = 6 – 5 – ½ (2) = 0 (Oxígeno con número impar de electrones no enlazantes)

FC (O) = 6 – 6 – ½ (2) = -1 (Oxígeno con # electrones no enlazantes pares)

También hay otro grupo de moléculas que se pueden encontrar que también tienen un número impar de electrones de capa de valencia. Este grupo está compuesto por radicales libres que son moléculas o átomos que son en su mayoría fragmentos de otras moléculas que existen solo por un breve período de tiempo durante las reacciones químicas y son muy altamente reactivos, lo que explica su corta duración en las reacciones químicas.

Moléculas con un octeto expandido en un átomo central

Aparte de las moléculas de electrones impares y deficientes en electrones de los elementos del período 2, los elementos del período 2 casi siempre obedecen la regla del octeto. Cuando llegamos al Período 3 y más allá, estos elementos tienen orbitales atómicos adicionales (los orbitales d ) disponibles para ellos aunque no tengan electrones que los pueblan. Estos elementos, a menudo los elementos no metálicos en estos períodos, pueden exceder la regla del octeto para formar moléculas con más de cuatro enlaces que dan como resultado un octeto expandido . Ejemplos de esta categoría son el pentacloruro de fósforo y el hexafluoruro de azufre.

> PCl 5

FC (P) = 5 – 0 – ½ (10) = 0

FC (Cl) = 7 – 6 – ½ (2) = 0

> SF 6

FC (S) = 6 – 0 – ½ (12) = 0

FC (F) = 7-6 – ½ (2) = 0

Sus cargas formales muestran valores cero, lo que indica que se trata de estructuras probables. Estas estructuras también se han confirmado experimentalmente. Pero estos átomos centrales no metálicos del Período 3 o superiores aún pueden formar moléculas que obedecen la regla del octeto , como el tribromuro de fósforo, PBr 3 :

FC (P) = 5 – 2 – ½ (6) = 0

FC (Br) = 7-6 – ½ (2) = 0

Resumen de la lección

Dediquemos unos minutos a repasar lo que hemos aprendido. La mayoría de las moléculas covalentes que involucran átomos del período 2 y superiores obedecen la regla del octeto , que es la regla que establece que los átomos intentan lograr una mayor estabilidad energética al tener una capa de valencia completamente llena de ocho electrones cuando se unen moléculas o, a menudo, cuando forman iones de un solo átomo. . Sin embargo, hay excepciones que involucran moléculas con átomos que tienen octetos incompletos de electrones de capa de valencia, moléculas con un número impar de electrones de capa de valencia y moléculas con un átomo central con un octeto expandido.superando la regla del octeto de ocho electrones de capa de valencia. Estas moléculas son moléculas válidas que existen a pesar de que pueden tener múltiples estructuras de Lewis posibles, siendo la mejor estructura una combinación híbrida de todas sus estructuras posibles. Es muy bueno reconocer qué elementos pueden violar y violan la regla del octeto y los posibles compuestos que pueden hacer. Simplemente no se lo reproche por romper las reglas.