化學原理啟迪355
Horowitz plays Schubert: Impromptu in B-flat Major, Op.142/3
1. 定域化電子模型localized electron(LE) model是簡單而成功的模型，我們用定域化電子模型建立出絕大多數分子的路易斯結構。在使用定域化電子模型LE時我們大量使用八隅體法則：為了達到最穩定的狀態，分子內的每個原子的價電子務求達到8顆。
2. 不過，無可避免的是，原子的最外層價電子必須是八顆的法則也有例外。舉例來說，硼結合成的化合物，裡面的硼原子的價電子少於8顆，硼不符合電子必須是8顆的法則。
3. 三氟化硼 boron trifluoride（BF3），在常溫常壓下是氣體，會與水或氨這類能提供電子的分子激烈反應。三氟化硼BF3會與富含電子的分子激烈反應的原因是硼原子本身缺電；三氟化硼共有24顆價電子。
4. 最能夠描述三氟化硼BF3性質的路易斯結構如下：
特別留意，上述的路易斯結構顯示，硼只有6顆價電子。
5. 如果要讓三氟化硼的硼的價電子達到8顆，必須使其中一個硼與氟之間的化學鍵變成雙鍵，如下：
某些理論研究支持三氟化硼的結構是其中一個化學鍵為雙鍵。然而，因為氟的陰電性遠強於硼，因此這種結構是否存在是有疑慮的。
6. 事實上，某些實驗顯示三氟化硼的每個硼－氟鍵應該是單鍵，也就是第一個路易斯結構。
7. 當三氟化硼與富含電子的分子例如NH3進行反應時，會產生H3NBF3：
在這個穩定的化合物中，硼的價電子達到8顆。
8. 硼的特色是形成分子時，硼原子的狀態是缺電的。另一方面，碳、氮、氧和氟則確實遵守價電子是8顆的法則。
9. 有些原子的價電子會超過8顆法則。這種行為只存在於第三週期與第三週期以下的元素。為了瞭解實際的情況，我們將討論六氟化硫SF6的路易斯結構。
10. 六氟化硫SF6的價電子總數是：
6＋6(7)＝48 電子
其路易斯結構如下：
11. 六氟化硫SF6的48顆價電子，其中有12顆電子構成硫－氟鍵 S－F bonds，剩下36顆未參與鍵結的電子。
12. 因為氟會遵守8顆價電子法則，六氟化硫SF6路易斯結構中的6個氟的價電子都必須是8顆電子，所以36顆未參與鍵結的電子平均分配給每顆氟身上，使得每個氟有6顆未鍵結的電子與2顆硫－氟鍵 S－F bonds的鍵結電子。
13. 結果就是，六氟化硫SF6的48顆價電子裡，硫就擁有了12顆（6個S－F bonds的鍵結電子），硫的價電子數超過了8顆電子的法則。這是怎麼發生的？
14. 比較標準的解釋是，像六氟化硫SF6這樣的分子會用第三週期元素空的3d軌域來填入多餘的電子。
15. 再複習一次，第二列/週期元素只有2s和2p價電軌域，但是第三列/週期元素有3s、3p、3d價電軌域。第三週期元素從鈉到氬，價電子逐步填滿3s到3p軌域，但3d軌域則維持空的狀態。
16. 硫原子的價電軌域如下：
17. 六氟化硫SF6分子構造唯一的解釋是，多餘的電子填入硫的空的d軌域。硫原子能夠有12個電子圍繞它，因為它用3s和3p軌域裝下8顆電子，然後再用空的3d軌域裝下額外的4顆電子。
18. 摘要 路易斯結構與八隅體法則
l 第二列/週期的元素 碳C、氮N、氧O和氟F應該視為一定會遵守八隅體法則（碳C、氮N、氧O和氟F和其他元素結合成分子化合物時，圍繞他們的最外層軌域的價電子有8顆）。
l 第二列元素硼B和鈹Be與其他元素結合成化合物時，圍繞他們的最外層軌域的價電子經常少於8顆。這些缺電子的化合物非常容易起反應。
l 第二列元素與其他元素結合成化合物時，第二列元素的價電子絕對不會超過8顆電子，因為他們的價電軌域（2s、2p）只允許填入8顆電子。
l 第三列元素以及比第三列元素質量更重的元素與其他原子組成化合物時，這些元素通常符合八隅體法則，但是從簡單的模型來看，他們可提供空的d軌域填入電子，因此有可能超過8顆的價電子。
l 當我們對一個分子寫路易斯結構時，首先在各鍵結原子之間畫出單鍵，使所有的原子的價電子數量都符合八隅體法則。當每一個原子都填滿8顆電子之後，如果還有殘留的電子，將這些電子分配到空缺的d軌域。（第三週期與超過第三週期的元素有空的d軌域）
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