Quy tắc 18 electron

Quy tắc 18 electron dự đoán rằng các phức cơ kim chuyển tiếp bền vững có xu hướng lấp đầy lớp vỏ hóa trị của chúng với mười tám electron, cung cấp một hướng dẫn nhanh về thành phần hóa học và khả năng phản ứng.

Definition

Quy tắc 18 electron là khái quát thực nghiệm rằng các phức kim loại chuyển tiếp bền vững về mặt nhiệt động học, đặc biệt là các hợp chất cơ kim hóa trị thấp, có xu hướng sở hữu mười tám electron hóa trị, tương ứng với các obitan hóa trị s, p và d đã được lấp đầy.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc đếm electron trong các phức cơ kim và quy tắc 18 electron: hai quy ước đếm phổ biến (ion và trung hòa/cộng hóa trị), số lượng electron cho của các phối tử phổ biến, lý do cho mười tám electron về mặt lấp đầy chín obitan hóa trị, và các trường hợp ngoại lệ có hệ thống bao gồm các phức d8 vuông phẳng 16 electron và các loài kim loại chuyển tiếp đầu. Nó không bao gồm giải thích chi tiết obitan phân tử, được xử lý trong phần đối xứng và liên kết.

Core questions

• Tại sao việc lấp đầy lớp vỏ hóa trị kim loại với mười tám electron lại mang lại sự ổn định?
• Electron được đếm như thế nào theo quy ước ion và trung hòa?
• Các phối tử phổ biến đóng góp bao nhiêu electron?
• Khi nào và tại sao quy tắc 18 electron bị phá vỡ?

Key concepts

• Số electron hóa trị
• Quy ước đếm ion
• Quy ước đếm trung hòa (cộng hóa trị)
• Số electron cho của phối tử
• Phức vuông phẳng 16 electron
• Không bão hòa phối trí

Key theories

Lấp đầy vỏ hóa trị và số electron mười tám

Một kim loại chuyển tiếp có chín obitan hóa trị (một s, ba p, năm d); lấp đầy tất cả chúng với mười tám electron tạo ra cấu hình vỏ kín, giống khí hiếm, thường tương ứng với độ bền tối đa cho các phức hóa trị thấp.

Các quy ước đếm electron

Hai sơ đồ kế toán tương đương—phương pháp ion, gán điện tích cho các phối tử, và phương pháp trung hòa/cộng hóa trị, đếm electron phối tử như được cho—cho cùng một tổng số và cho phép các nhà hóa học xác định số electron của bất kỳ phức nào.

Phức 16 electron và các trường hợp ngoại lệ

Các phức d8 vuông phẳng như của platin(II) và palađi(II) ưu tiên mười sáu electron, và nhiều phức kim loại chuyển tiếp đầu và phức cồng kềnh không đạt mười tám electron, vì vậy quy tắc này là một hướng dẫn mà các vi phạm của nó tự thân đã mang tính thông tin.

Clinical relevance

Việc đếm electron và quy tắc 18 electron là những công cụ hàng ngày để dự đoán phức cơ kim nào bền vững hoặc phản ứng, hướng dẫn thiết kế chất xúc tác và giải thích các chất trung gian phản ứng.

History

Ý tưởng rằng các phức đạt được số electron khí hiếm, quy tắc số nguyên tử hiệu dụng, đã được Langmuir và Sidgwick trình bày vào những năm 1920. Khi hóa học cơ kim phát triển, số lượng electron được định hình lại thành quy tắc 18 electron, và bài đánh giá năm 1972 của Tolman đã liên kết nó một cách rõ ràng với các chất trung gian 16 và 18 electron của xúc tác đồng thể.

Key figures

• Irving Langmuir
• Nevil Sidgwick
• Chadwick Tolman

Seminal works

• tolman1972
• crabtree2014
• weller2018

Frequently asked questions

Tại sao lại là mười tám electron mà không phải tám như đối với các nguyên tử nhóm chính?

Các kim loại chuyển tiếp có năm obitan d ngoài một obitan s và ba obitan p của lớp vỏ hóa trị, tạo ra tổng cộng chín obitan; lấp đầy tất cả chín obitan bằng các cặp electron tạo ra mười tám, tương tự như quy tắc bát tử của nhóm chính.

Việc phá vỡ quy tắc 18 electron có nghĩa là một phức không bền vững không?

Không nhất thiết; nhiều phức bền vững, đặc biệt là các loài d8 vuông phẳng và các hợp chất kim loại chuyển tiếp đầu, có ít hơn mười tám electron. Quy tắc này dự đoán một xu hướng, và sự không bão hòa phối trí thường rất cần thiết cho khả năng phản ứng xúc tác.