Exception of Octet Rule & Non-Octet Structure of Molecules

之前介紹過物質要組成穩定的物質其原子的最外層電子須有8粒電子，這規律稱為Octet Rule(至於H, He, Li及Be要穩定其原子之最外層電子數量應為2，又稱Duplet Rule)。但部分物質不需要符合以上規律一樣可以穩定，其結構稱為Non-octet structure。這些物質可根據其中心原子(central atom)的電子結構分為三類︰

1.          最外層電子少於8粒，例如BeCl₂及BCl₃︰

            

這些分子可和其他有孤電子對(Lone pair electrons)的分子組成配位共價鍵(Dative covalent bond，以箭號表示)令其最外層電子達8粒︰

配位共價鍵和一般的共價鍵最大不同之處在於鍵內的電子全部來自其中一方的原子(上圖情況就是氮原子將自己的2粒lone pair electrons和硼原子分享)。正如和其他人食飯埋單都可以有兩種︰AA制(一般的共價鍵)或其中一方請客(配位共價鍵)。

2.          最外層電子為單數，包括NO及NO₂ (DSE不會問以下結構，但起碼要知NO及NO2是 non-octet structure)︰

                                                                       

                     

3.          最外層電子多於8粒

在Period 3 及之後的非金屬原子的最外層電子層都可以擁有超過8粒電子。同學一開始學習電子組態 (electron arrangement)就知道第n層電子層最多可容納數量為2n²的電子，所以第三層電子層可容納多達18粒電子，因此Period 3 的非金屬原子的最外層電子數目可以是介乎8至Group no.的兩倍之間的雙數 (如果是單數電子數目的話結構就會變得不穩定，而事實上NO及NO₂在大氣中的確不穩定，所以很容易轉化為其他物質)，例如磷原子是Group V，它組成分子後可有8粒或10粒最外層電子；硫原子是Group VI，它組成分子後可有8粒、10粒或12粒最外屠電子。情況就像PCl₅、SO₂及SF₆︰

                          

                      

考評局雖只列明DSE會考BF₃, PCl₅及SF₆的結構，但考生亦需要分辨某物質是否擁有non-octet structure。以下是有關的DSE題目︰

DSE/13/1A/23

To which of the following molecules is/are the ‘octet rule’ NOT applicable?

(1)    OF₂

(2)    NO₂

(3)    CS₂

A.     (1) only

B.     (2) only

C.     (1) and (3) only

D.     (2) and (3) only

DSE/14/1A/22

Which of the following molecules have non-octet structures?

(1)    NO₂

(2)    PBr₃

(3)    BCl₃

A.     (1) and (2) only

B.     (1) and (3) only

C.     (2) and (3) only

D.     (1), (2) and (3)

同學閱畢全文就能找出答案，在此不再詳述。