基础:碳、化学键与轨道

八隅律

原子似乎都渴望外层凑齐八个电子,就像一盘棋只有当每个格子都填满才算下完。八隅律说的就是这种倾向:主族原子通过得到、失去或共享电子,直到自己被八个价电子环绕——也就是稀有气体那种稳定的排布。八,是填满有机化学的第二周期元素(碳、氮、氧、氟)的舒适数字,因为它们的外层恰好能容纳八个。

在路易斯结构里,你要同时数一个原子上的孤对电子和它键中的共享电子来凑八隅;每一对共享电子对它所连的两个原子都算数。带四个键的碳被八个电子环绕(4 对);带两个键、两对孤对的氧也是八;带三个键、一对孤对的氮同样是八。这就是为什么中性的碳成四个键、氮三个、氧两个、卤素一个:每个数字恰好凑满一个八隅。氢是著名的例外,只满足于两个(一个「二隅」),因为它唯一的壳层只能装两个。

八隅律之所以重要,是因为它出奇可靠地预测了常见有机原子会成几个键。但要老实交代它的例外:氢要的是两个而非八个;硼常常满足于只有六个;像碳正离子和自由基这样的活泼物种是故意缺电子的;而从第三周期往下的元素(磷、硫)能容纳多于八个,所以允许「扩展八隅」。八隅律对第二周期主族元素是一条很强的经验法则,而非不可打破的铁律。

在 CO2 中,中心碳形成两个双键(O=C=O);数那四对共享电子,碳便凑足八隅,而每个氧带一个双键加两对孤对,也达到八个。

双键让二氧化碳里的碳和两个氧各自凑满八隅。

八隅律有实打实的例外:氢要 2 个,硼常只 6 个,自由基和碳正离子缺电子,而第三周期元素可超过 8 个。把它当作很强的准则,而非定律。

又称
rule of eight八电子规则八電子規則