Wat is de fysische verklaring van de octetregel in de chemie? Met andere woorden in welke zin zorgen de fundamentele krachten ervoor dat deze regel een fysische realiteit is?
30/08/2010 - Robrecht (23 jaar)
Context van de vraag:Buiten de vraag: De octetregel is een van de sluitstenen van de chemie als ik het goed begrijp. Zonder deze regel zouden zoveel moleculen nt de vorm hebben zoals wij ze aantreffen. Ik begrijp niet hoe iemand chemie werkelijk zou begrijpen zonder de fysische werkelijkheid te snappen achter deze regel. Of ben ik zo dom?
Antwoord
Hallo Robrecht,
"Sluitsteen" betekent in feite "het laatste stukje om de puzzel compleet te maken". En dat is de octetregel in de chemie allerminst.
De octetregel (of acht-elektronregel) is iets wat in eerste instantie geobserveerd is, om te verklaren wat de formule is van eenvoudige moleculen. Hij leert je dat zoutzuur de formule HCl heeft, water H2O, ammoniak NH3 en chloroform CHCl3.
De bepaling van deze molecuulformules leert dat voor een bepaald element de valentie meestal onveranderd is, en door elektronen te tellen tot 8 kan je eenvoudig bepalen hoeveel van een bepaald atoom met hoeveel van een ander atoom samen een stabiel molecuul vormt.
Als je daar de VSEPR theorie van Gillespie aan koppelt, kan je inderdaad ook de vorm van (eenvoudige) moleculen bepalen.
De acht-elektronregel geldt alleen als je het bij de bovenste twee rijen van het periodiek systeem houdt, met andere woorden, voor atomen zonder gevulde d-orbitalen. Met de octetregel kan je niet de formule verklaren van POCl3, maar je kan wel verklaren waarom NOCl3 niet bestaat. Er zijn nog andere vervelende uitzonderingen in de eerste twee rijen van het periodiek systeem, zoals bijvoorbeeld BF3 (tel maar ...)
Chemici werken al een hele tijd (sinds begin jaren '30) met de moleculaire orbitaaltheorie, die gestoeld is op de quantummechanica. Zeer kleine deeltjes zoals elektronen bezitten een aantal eigenschappen die helemaal niet evident zijn als je ze beschouwt vanuit het perspectief dat een elektron "hetzelfde is als een tennisbal, maar dan een paar miljard keer kleiner". Elektronen hebben allerlei eigenschappen waarvoor het moeilijk is een "groot" equivalent te vinden, en voldoen aan regels die niet altijd even evident lijken, hoewel ze wel berusten op wiskunde en quantummechanica.
De theorie, met het bestaan van (1s), (2s, 3x 2p), (3s, 3x 3p, 5x 3d), ... orbitalen (met respectievelijk 2, 8 en 18 elektronen, ziedaar de bron van de acht-elektronregel voor moleculen die alleen de 2e schil gevuld hebben – er bestaat trouwens een analoge 18-elektronregel voor wie de volgende rij elementen wil gebruiken), kan “ab initio” worden berekend via de Schroedingervergelijking.
Voor wie niet bereid is om deze wiskunde van naaldje tot draadje door te spitten, is de enige manier om werkbaar met deze theorie om te gaan doodgewoon aan te nemen dat ze weliswaar soms een tikje vreemd en ongerijmd lijkt, maar wel tot resultaten leidt die met observaties in de echte wereld overeenkomen. Vooraleer over “observaties” te filosofisch te worden, in de echte wereld hebben ze altijd te maken met de elektronendichtheid, in eerste instantie die van het molecuul dat je interesseert. Wie de elektronendichtheid van een molecule kent, kan met de nodige omwegen al haar eigenschappen berekenen.
De octetregel biedt dus een heel botte benadering van wat moleculaire orbitaaltheorie al beter doet: het beschrijven van de verdeling van electronenwolken rondom de atomen in een molecule, en hun resulterende energieniveaus. Twee atomen die dicht bij elkaar de laagste energie hebben, en dus het stabielst zijn, dat noemen we dan een chemische binding. En het allersimpelste model daarvan is de Lewisstructuur, waar we dat fenomeen, dat rigoureus alleen quantummechanisch af te leiden valt, een gedeeld electronenpaar noemen. Met de quantummechanica valt opnieuw rigoureus te bewijzen dat dat soort situatie altijd leidt tot een verlaging van de energie als de atomen dicht bij elkaar zitten, en dus tot een chemische binding.
Absoluut geen sluitsteen dus, de octetregel, maar wel een nuttig empirisch speeltje waarmee de basis-spelregels voor het vormen van eenvoudige moleculen kunnen worden vastgelegd.
Ik hoop dat dat je vraag een beetje beantwoordt ?
Mvg,
Christophe Vande Velde
Deze vraag werd beantwoord door:
dr. Christophe Vande Velde
docent
 |
Karel de Grote-Hogeschool |
 |
Universiteit Antwerpen |
Gerelateerde vragen
Stuur dit antwoord naar een vriend Deze pagina afdrukken |
Dit project wordt ondersteund door het actieplan wetenschapsinformatie en innovatie,