18전자 규칙

18전자 규칙은 안정한 전이 금속 유기금속 착물이 원자가 껍질을 18개의 전자로 채우는 경향이 있다고 예측하며, 이는 화학량론과 반응성에 대한 빠른 지침을 제공합니다.

Definition

18전자 규칙은 열역학적으로 안정한 전이 금속 착물, 특히 저원자가 유기금속 착물이 채워진 s, p, d 원자가 오비탈에 해당하는 18개의 원자가 전자를 가지는 경향이 있다는 경험적 일반화입니다.

Scope

이 주제는 유기금속 착물에서의 전자 계산과 18전자 규칙을 다룹니다: 두 가지 일반적인 계산 관례(이온성 및 중성/공유성), 일반적인 리간드의 공여 전자 수, 9개의 원자가 오비탈을 채우는 관점에서 18개 전자에 대한 이론적 근거, 그리고 16전자 사각 평면 d8 착물 및 초기 전이 금속 종을 포함한 체계적인 예외 사항들입니다. 대칭 및 결합에서 다루는 상세한 분자 오비탈 정당화는 다루지 않습니다.

Core questions

• 금속 원자가 껍질을 18개의 전자로 채우는 것이 왜 안정성을 부여하는가?
• 이온성 및 중성 관례에서 전자는 어떻게 계산되는가?
• 일반적인 리간드는 몇 개의 전자를 공여하는가?
• 18전자 규칙은 언제, 왜 깨지는가?

Key concepts

• 원자가 전자 수
• 이온성 계산 관례
• 중성 (공유성) 계산 관례
• 리간드 공여 전자 수
• 16전자 사각 평면 착물
• 배위 불포화

Key theories

원자가 껍질 채움과 18전자 수

전이 금속은 9개의 원자가 오비탈(1개의 s, 3개의 p, 5개의 d)을 가지며, 이들을 18개의 전자로 채우면 폐쇄 껍질의 비활성 기체와 유사한 전자 배치를 이루게 되는데, 이는 종종 저원자가 착물에 대해 최대 안정성에 해당합니다.

전자 계산 관례

리간드에 전하를 할당하는 이온성 방법과 리간드 전자를 공여된 것으로 계산하는 중성/공유성 방법이라는 두 가지 동등한 회계 방식은 동일한 총 전자 수를 제공하며, 화학자들이 어떤 착물의 전자 수를 결정할 수 있게 합니다.

16전자 착물 및 예외

백금(II) 및 팔라듐(II)과 같은 사각 평면 d8 착물은 16개의 전자를 선호하며, 많은 초기 전이 금속 및 부피가 큰 착물은 18개에 미치지 못하므로, 이 규칙은 그 위반 자체가 유익한 지침입니다.

Clinical relevance

전자 계산과 18전자 규칙은 어떤 유기금속 착물이 안정하거나 반응성이 있는지 예측하는 일상적인 도구이며, 촉매 설계와 반응 중간체의 해석에 지침을 제공합니다.

History

착물이 비활성 기체 전자 수를 달성한다는 아이디어인 유효 원자 번호 규칙은 1920년대 Langmuir와 Sidgwick에 의해 명확히 제시되었습니다. 유기금속 화학이 발전함에 따라, 이 전자 수는 18전자 규칙으로 재구성되었고, Tolman의 1972년 리뷰는 이를 균일 촉매 작용의 16전자 및 18전자 중간체와 명시적으로 연결했습니다.

Key figures

• Irving Langmuir
• Nevil Sidgwick
• Chadwick Tolman

Seminal works

• tolman1972
• crabtree2014
• weller2018

Frequently asked questions

주족 원소처럼 8개가 아닌 18개의 전자인 이유는 무엇인가?

전이 금속은 원자가 껍질의 1개의 s 및 3개의 p 오비탈 외에 5개의 d 오비탈을 가지고 있어 총 9개의 오비탈을 이룹니다. 이 9개의 오비탈을 전자 쌍으로 모두 채우면 18개가 되는데, 이는 주족 원소의 옥텟 규칙에 해당하는 금속의 유사체입니다.

18전자 규칙을 위반하면 착물이 불안정하다는 의미인가?

반드시 그렇지는 않습니다. 특히 사각 평면 d8 종과 초기 전이 금속 화합물과 같은 많은 안정한 착물은 18개 미만의 전자를 가집니다. 이 규칙은 경향성을 예측하며, 배위 불포화는 종종 촉매 반응성에 필수적입니다.