p区元素(一):第13、14族

缺电子键合(electron-deficient bonding)

你最初学到的键合大多遵循一条让人安心的规则:在两个原子之间凑成一对电子,就是一根键,结果每个原子都填满了外层(八隅体)。但有些元素根本带不来足够的电子来玩这个游戏。硼是经典例子:它只有三个价电子,即使形成了三根键,也只到六个电子,离八隅体还差两个。当一个分子拥有的成键电子比它看起来需要的还少时,会发生什么?答案就是缺电子键合,让仅有的少数电子去干更多的活。

当一个原子或分子的价电子数少于把每根键都填上常规的两中心两电子(2c-2e)电子对所需的数目时,就称它为缺电子的。硼的化合物用两种方式解决这个问题。其一,BF3 这类分子保持饥饿:硼上有一个空的 p 轨道,充当强路易斯酸,从任何愿意给出孤对电子的物种那里抓取一对。其二,更引人注目的是,硼氢化合物把稀缺的电子同时铺在三个原子上,形成三中心两电子(3c-2e)键,一对电子把三个原子核绑在一起,例如两个硼加一个桥连氢,写作 B-H-B。在这里用普通方式数键会失败,你必须改去数离域的簇电子。

缺电子键合之所以重要,是因为它表明八隅体规则是个有用的习惯,而非自然法则,正如超价在另一极端所显示的那样。它是整个硼化学、硼烷与碳硼烷、以及二聚的氯化铝 Al2Cl6 背后的统领思想,并迫使我们对簇采用另一套记账法(韦德规则)。一旦认出缺电子,你就能立刻预期路易斯酸性、桥连原子,以及笼形或簇状结构,而不是整齐的单键链。

乙硼烷 B2H6 只有 12 个价电子,却看似需要 8 根键。它用了四根普通 B-H 键(8 个电子)和两座 B-H-B 桥(每座是一个 3c-2e 键,共 4 个电子),于是 12 个电子就把整个分子绑住了。

乙硼烷是教科书级的证明:更少的电子若铺在更多原子上,仍能把分子撑住。

缺电子并不笼统地等于不稳定或活泼;B2H6 是一个真实、明确的分子。它的意思是“每根键一条线”的常规画法数不够,因此必须用离域的(多中心)键合来描述它。

又称
electron-deficient compounds缺电子化合物缺電子化合物