基礎:碳、化學鍵與軌道
八隅律
原子似乎都渴望外層湊齊八個電子,就像一盤棋只有當每個格子都填滿才算下完。八隅律說的就是這種傾向:主族原子通過得到、失去或共享電子,直到自己被八個價電子環繞——也就是稀有氣體那種穩定的排布。八,是填滿有機化學的第二週期元素(碳、氮、氧、氟)的舒適數字,因為它們的外層恰好能容納八個。
在路易斯結構裡,你要同時數一個原子上的孤對電子和它鍵中的共享電子來湊八隅;每一對共享電子對它所連的兩個原子都算數。帶四個鍵的碳被八個電子環繞(4 對);帶兩個鍵、兩對孤對的氧也是八;帶三個鍵、一對孤對的氮同樣是八。這就是為什麼中性的碳成四個鍵、氮三個、氧兩個、鹵素一個:每個數字恰好湊滿一個八隅。氫是著名的例外,只滿足於兩個(一個「二隅」),因為它唯一的殼層只能裝兩個。
八隅律之所以重要,是因為它出奇可靠地預測了常見有機原子會成幾個鍵。但要老實交代它的例外:氫要的是兩個而非八個;硼常常滿足於只有六個;像碳正離子和自由基這樣的活潑物種是故意缺電子的;而從第三週期往下的元素(磷、硫)能容納多於八個,所以允許「擴展八隅」。八隅律對第二週期主族元素是一條很強的經驗法則,而非不可打破的鐵律。
在 CO2 中,中心碳形成兩個雙鍵(O=C=O);數那四對共享電子,碳便湊足八隅,而每個氧帶一個雙鍵加兩對孤對,也達到八個。
雙鍵讓二氧化碳裡的碳和兩個氧各自湊滿八隅。
八隅律有實打實的例外:氫要 2 個,硼常只 6 個,自由基和碳正離子缺電子,而第三週期元素可超過 8 個。把它當作很強的準則,而非定律。
又稱
另見