オクテット規則では、原子は、最も近い希ガスに似た電子配置を持つために、原子価殻に 8 個の電子を持つことを好む傾向があると述べています。
オクテット規則は、各原子が原子価殻に 8 個の電子を持つように原子が結合することを好むという化学的な「経験則」の 1 つです。原子価殻は、原子の外殻です。外殻の 8 個の電子により、原子は最も近い希ガスに似た構成を持つことができます。これにより、より安定します。
原子価殻に 8 個の電子を持つために、原子は共有結合またはイオン結合を形成する傾向があります。イオン結合は塩化ナトリウムまたは塩に見られ、共有結合は二酸化炭素または CO2 に見られます。結合は原子によって形成されるため、反応性が低くなり、安定性が高まります。
原子が安定状態にあるために原子価殻に 8 個の電子を必要とする方法と理由を理解するには、電子が原子内でどのように分布しているかを理解することから始めましょう.
電子は原子内でどのように分布していますか?
原子は元素の最小の粒子ですが、その中には独自の宇宙があります。この小さな宇宙の一部を構成する 3 つの素粒子は、中性子、陽子、電子です。中性子は正味の電荷を持たず、正に帯電した陽子とともに原子の中心にあります。中性子と陽子が一緒になって原子核を形成します。電子は負に帯電した粒子で、太陽の周りの惑星のように原子核の周りを回っています。
電子と陽子は、荷電粒子間の物理的相互作用である電磁力によって互いに引き付けられます。したがって、原子核から電子を引き離すには多くのエネルギーが必要です。電子が原子核に近づくほど、それを分離するために必要なエネルギーが高くなります。
電子は、K、L、M、N という名前のさまざまな殻の中で回転し、原子核から始まり、外側に広がります。各プログレッシブ シェルは、1、2、3、または 4 に対応する異なるエネルギー レベルを持っています。各シェルが含むことができる電子の最大数は 2(n2) として与えられます。ここで、n はエネルギー レベルに対応します。したがって、K には 2 個の電子 [2(1)2=2]、L には 8 個の電子、M には 18 個の電子、N には 32 個の電子があります。
電子殻。 (写真提供:Nasky/Shutterstock)
さらに、これらのシェルは、原子軌道を含むサブシェルに分割されます。シェルには、s、p、d、 という名前の軌道が含まれています そしてf、 核から始まります。シェルとサブシェル内の電子の配置は、原子の電子配置と呼ばれます。
殻の数は、原子に存在する電子の数に応じて増加します。元素の最も外側の殻は価電子殻と呼ばれ、そこにある電子は価電子と呼ばれます。
原子価殻とは?
価電子は、化学反応に参加する原子の傾向に寄与します。原子価殻に 8 個の電子を含む閉じた殻を持つ原子は、化学反応にほとんど関与しないため、化学的に不活性であると見なされます。そのような元素の原子は、希ガスと同様の電子配置を持ちます。
周期表は、電子配置、性質、および原子番号によって配置されたすべての既知の要素を含む表形式の配置です。表の一番右端にあるのは、希ガスと呼ばれる元素のグループです。それらは完全に満たされた原子価殻を持っているため、安定していると見なされます。 8 つの希ガスは、ヘリウム (2)、ネオン (10)、アルゴン (18)、クリプトン (36)、キセノン (54)、および放射性元素ラドン (86) です。各括弧には、原子の原子番号が含まれています。
希ガス。 (写真提供:Daumier/Shutterstock)
希ガスは、外側のエネルギーレベルがすでにいっぱいであるため、反応性が最も低くなります。外殻に8個の電子が存在するため、希ガスの価数はゼロになります。他の反応性原子は、希ガスの安定性に近づくために、オクテット規則に従って外殻を 8 個の電子で満たす傾向があります。
オクテット ルールでは、 に存在する電子のみが考慮されます。 と p サブシェル。これらのサブシェルは、最外殻に最大 8 個の電子を保持できます。
価電子は、最も高いエネルギー準位に位置する電子であるため、原子が持つ最も重要な電子の一部であると考えることができます。これらは、化学反応に最も一般的に関与する電子です。価電子は、ルイス電子ドット構造を使用して数えることができます。
ルイス電子ドット構造 (LEDS) とは?
ルイス構造は、1916 年に論文「原子と分子」でこの概念を最初に紹介したギルバート N. ルイスにちなんで名付けられました。ルイス構造は原子の周りのドットとして識別される価電子のみを表し、各ドットは1 つの価電子。ほとんどの場合、原子価殻に 8 個未満の電子を持つ原子は、共有結合またはイオン結合によって化合物を形成することを好みます。
このような結合の形成は、オクテット規則を満たすことができます。周期表の 2 番目のグループの元素は、原子間で電子を失う、獲得する、または共有することによって、8 個の電子の基準を満たします。
形成される結合の種類は、原子価殻の電子数と、結合を形成するために必要な総エネルギーによって異なります。 LED は、化学反応に利用できる自由電子の数を特定するのに役立ちます。
共有結合とは?
共有結合は、2 つの原子間の結合であり、2 つの原子間で電子を共有できるため、各原子は最も近い希ガスの電子構造に似た電子構造を持ちます。
二酸化炭素を例にとると、炭素と酸素の原子番号はそれぞれ 6 と 8 です。炭素には K と L の 2 つの殻があり、K 殻に 2 つの電子があり、L 殻に 4 つの電子が残ります。安定性を達成するために、炭素は 4 つの電子をすべて失ってヘリウムに最も近くなるか、4 つの電子を獲得してネオンに最も近くなるかのいずれかです。原子核内の陽子と電子の間の引力により、4 個の電子を獲得または喪失するために必要なエネルギーは計り知れません。ただし、中間のオプションは、その電子を共有することです。
同様に、酸素は K 殻に 2 個の電子、L 殻に 6 個の電子を持っています。安定してネオンに似た電子配置を達成するには、2つの電子だけが必要です。 2 個の電子を獲得することは、4 個の電子を失うことよりも簡単です (これはヘリウムに似ています)。調整として、2 つの酸素原子は 1 つの炭素原子と電子を共有することを好むため、3 つすべてが原子価殻に 8 つの電子を持ち、それぞれが個別に安定します。
CO2を示すルイスドット構造。 x は炭素の電子を表し、ドットは酸素の電子を表します。 (写真提供:ベン・ミルズ/ウィキメディア・コモンズ)
その結果、1 つの炭素原子と 2 つの酸素原子を持つ二酸化炭素の分子ができ、それぞれの原子価殻に 8 つの電子があります。
イオン結合とは?
イオン結合は、反対に帯電したイオン間で発生する化学結合の一種です。原子は、原子が過剰に持つ陽子または電子の数に応じて、正または負に帯電する可能性があります。イオンは、電子の獲得または喪失によって正味の電荷を持つ原子です。電子は負の電荷を持っているので、原子が電子を1個獲得すると負の電荷を帯び、電子を1個失うと正の電荷を帯びます。簡単に言えば、イオンは特定の電荷を含む原子です。
イオン結合は、金属と非金属の間に発生し、一方が電気的に陽性で、もう一方が電気的に陰性です。電気陽性の金属は電子を失って陽イオンと呼ばれる陽イオンになりますが、電気陰性の非金属は電子を受け取り、陰イオンと呼ばれる負に帯電したイオンになります。イオン結合を形成するために、電子の損失と受容は同じであり、同時に、各原子はオクテット規則を満たしています!
陽イオンと陰イオン。 (写真提供:OSweetNature/Shutterstock)
したがって、原子が電子と陽子の数が等しくない場合、それはイオンと呼ばれます。その結果、等しくない電荷を持つ 2 つの原子が電子を失うか獲得することによって結合し、イオン結合によって中性の電荷が得られます。それらは、それらの間の引力の助けを借りて結合されたままです。最終的な結果として、各原子は 8 個の電子で完全に満たされた原子価殻を持つため、安定しています。
塩または塩化ナトリウムは、イオン結合の好例です。ナトリウムの原子番号は 11 で、K 殻、L 殻、M 殻にそれぞれ 2 個、8 個、1 個の電子があります。これにより、原子価殻に 1 つの電子が残りますが、これはナトリウム原子が反応中に簡単に失います。塩素の原子番号は 17 で、K、L、M 殻に 2、8、7 個の電子があります。塩素は原子価殻に 7 個の電子を持っているため、電気陰性度が高くなります。各原子は 1 つの電子を調整するだけで、原子価殻が完全に満たされ、最も近い希ガスと同様の配置になります。
塩化ナトリウム（塩）のイオン結合。 (写真提供:Steve Cymro/Shutterstock)
ナトリウムまたは塩素の場合、7 個の電子を獲得または喪失するために必要なエネルギーは途方もないものです。プロセスを簡単にするために、ナトリウムは孤立電子を失い、ネオンに似た電子配置を獲得します (10)。塩素はナトリウムによって失われた電子を受け取り、アルゴンに似た電子配置を実現します (18)。最終結果は、ナトリウムと塩素の間のイオン結合であり、私たちに塩を与えます.
基本的な食卓塩がこれほど複雑な化学的歴史を持っているとは思いもしませんでした!
オクテット ルールの例外は何ですか?
規則を破るのが大好きなクラスの子供が常に 1 人います。同じことが化学にも当てはまります。オクテット規則に従わない要素の例がいくつかあります。それらを簡単に見てみましょう。
電子の数が奇数の分子は、通常、オクテット規則に従いません。また、(合計で) 2 個の電子しか持たない原子もこのカテゴリに分類されます。
原子番号 1 の水素原子は、最大 2 つの電子を保持できますが、これらの原子には s を持つ電子殻が 1 つしかありません。 軌道。オクテット規則が s と p に適用されるため 軌道のみ。2 個の電子を持つ原子は例外です。
最後に、1 つ以上の原子が 8 個より多いまたは少ない電子を持つ分子も例外です。
オクテット規則は、化学において最も重要な規則の 1 つであり、原子が互いに反応して原子価殻に 8 個の電子を保持する方法を管理します。共有結合またはイオン結合を形成することは、原子がオクテット規則を満たすための最も便利な方法です。結局のところ、原子は常に反応的であることにうんざりしていて、平和と安定を保つためだけにオクテット規則に従っているのです!
