Lernziel
- Beschreiben der Abweichung von der Oktettregel durch freie Radikale
Wichtige Punkte
- Während die Mehrheit der Verbindungen, die aus Atomen unterhalb der Ordnungszahl 20 gebildet werden, der Oktettregel folgt, gibt es viele Beispiele für Verbindungen, die dies nicht tun.
- Eine ungerade Anzahl von Elektronen in einem Molekül garantiert, dass es nicht der Oktettregel folgt, da die Regel acht Elektronen (oder zwei für Wasserstoff) um jedes Atom erfordert.
- Die am häufigsten anzutreffenden stabilen Spezies, die mit einer ungeraden Anzahl von Elektronen existieren, sind Stickoxide wie Stickoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2), die beide freie Radikale sind und der Oktettregel nicht gehorchen.
Terms
- free radicaljedes Molekül, Ion oder Atom mit einem oder mehreren ungepaarten Elektronen. Sie variieren in Reaktivität und Stabilität von hochreaktiven, als transiente (kurzlebige) Spezies auftretenden bis zu metastabilen.
- metastabilOf oder in Bezug auf einen physikalischen oder chemischen Zustand, der relativ langlebig ist, aber bei Störung in einen niedrigeren Energiezustand zerfallen kann.
- Oktett-Regelatome verlieren, gewinnen oder teilen Elektronen, um eine volle Valenzschale von acht Elektronen zu haben. Wasserstoff ist eine Ausnahme, da er maximal zwei Elektronen in seinem Valenzniveau halten kann.
Freie Radikale
Einige Elemente, insbesondere Stickstoff, können Verbindungen bilden, die der Oktettregel nicht gehorchen. Eine Klasse solcher Verbindungen sind solche, die eine ungerade Anzahl von Elektronen haben. Da die Oktettregel acht Elektronen um jedes Atom erfordert, muss ein Molekül mit einer ungeraden Anzahl von Elektronen die Oktettregel nicht einhalten. Moleküle mit ungepaarten Elektronen werden als freie Radikale bezeichnet. Während einige freie Radikale typischerweise sehr instabil und daher sehr reaktiv sind, weisen sie eine Stabilität von Tagen, Monaten oder sogar Jahren auf. Diese letzteren Verbindungen werden als ‚metastabil‘ bezeichnet, was bedeutet, dass sie sich zersetzen oder reagieren, wenn sie genügend Zeit haben, aber für eine beträchtliche Zeit, von Tagen bis zu Jahren, stabil genug sind, wenn sie nur geringfügigen Störungen ausgesetzt sind.
Beispiele für freie Radikalmoleküle
Denken Sie daran, dass die
Lewis-Struktur
eines Moleküls die Gesamtzahl der
Valenz
Elektronen
von allen Atomen darstellen muss, die miteinander verbunden sind.
Stickstoffmonoxid hat die Formel Nr. Die Gesamtzahl der Valenzelektronen beträgt 5 + 6 = 11. Daher gibt es für Stickstoff keine Möglichkeit, ein Oktett zu haben, unabhängig davon, wie Elektronen zwischen den Stickstoff- und Sauerstoffatomen geteilt werden. Es wird sieben Elektronen haben, vorausgesetzt, dass das Sauerstoffatom das Oktett befriedigt.
Stickoxid ist ein Nebenprodukt von Verbrennungsreaktionen, die in Motoren auftreten, wie sie in Automobilmotoren und Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen auftreten. Es wird auch natürlich während der elektrischen Entladung von Blitzen während Gewittern produziert.
Stickstoffdioxid ist die chemische Verbindung mit der Formel NO2. Auch hier folgt Stickstoffdioxid nicht der Oktettregel für eines seiner Atome, nämlich Stickstoff. Die Gesamtzahl der Valenzelektronen beträgt 5+ 2 (6) = 17. Es gibt einen radikalen Charakter auf Stickstoff, weil es ein ungepaartes Elektron hat. Die beiden Sauerstoffatome in diesem Molekül folgen der Oktettregel.
Stickstoffdioxid ist ein Zwischenprodukt bei der industriellen Synthese von Salpetersäure, von dem jedes Jahr Millionen Tonnen produziert werden. Dieses rotbraune giftige Gas hat einen charakteristischen scharfen, beißenden Geruch und ist ein prominenter Luftschadstoff.