6.5: Правила Уейда

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 6.4: гідриди бору
- 6.6: Тенденції для оксидів елементів групи 13

Andrew R. Barron
Rice University via CNX

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Кен Вейд (рис. $\PageIndex{1}$ ) розробив метод прогнозування форм скупчень бурану; однак він може бути використаний для широкого спектру заміщених боранів (таких як карборани), а також інших класів кластерних сполук.

Малюнок $\PageIndex{1}$ : Хімік Кен Уейд FRS.

Правила Уейда використовуються для раціоналізації форми скупчень бурану шляхом обчислення загальної кількості скелетних електронних пар (SEP), доступних для кластерного зв'язку. При використанні правил Уейда ключовим є розуміння структурних взаємозв'язків різних боран (рис. $\PageIndex{2}$ ).

Малюнок $\PageIndex{2}$ : Структурний зв'язок між *closo, nido* *та арахно* борани (і гетерозаміщені борани). Діагональні лінії з'єднують види, які мають однакову кількість скелетних електронних пар (SEP). Атоми водню, крім каркаса B-H, опущені. Червоний атом опускається першим, зелений атом видаляється другим. Адаптовано з R.W. Рудольфа, *Acc. Хім. Рез.*, 1976, 9, 446.

Загальна методика, якої слід дотримуватися при застосуванні правил Уейда, полягає в наступному:

Визначте загальну кількість валентних електронів за хімічною формулою, тобто 3 електронів на B, і 1 електрон на H.
Відніміть 2 електрони для кожної одиниці B-H (або C-H в карборані).
Розділіть кількість інших електронів на 2, щоб отримати кількість скелетних електронних пар (SEP).
Кластер з n вершинами (тобто n атомів бору) і n +1 SEP для зв'язку має тісну структуру.
Кластер з n -1 вершинами (тобто n -1 атомами бору) і n +1 SEP для зв'язку має нідоструктуру.
Кластер з n -2 вершинами (тобто n -2 атомами бору) і n +1 SEP для зв'язку має арахно-структуру.
Кластер з n -3 вершинами (тобто n -3 атомами бору) і n +1 SEP для зв'язку має гіфоструктуру.
Якщо кількість атомів бору (тобто n) більше, ніж n +1 SEP, то зайвий бор займає положення обмеження на трикутній фазі.

Яка структура Б ₅ Н ₁₁?

Загальна кількість валентних електронів = (5 х В) + (11 х Н) = (5 х 3) + (11 х 1) = 26
Кількість електронів для кожної одиниці B-H = (5 x 2) = 10
Кількість скелетних електронів = 26 — 10 = 16
Число СЕП = 16/2 = 8
Якщо n +1 = 8 і n -2 = 5 атомів бору, то n = 7
Структура n = 7 є п'ятикутною біпірамідою (рис. $\PageIndex{2}$ ), тому B ₅ H ₁₁ - арахно, засноване на п'ятикутній біпіраміді з відсутніми двома вершинами (рис. $\PageIndex{3}$ ).

Малюнок $\PageIndex{3}$ : Куля і палиця представлення структури Б ₅ Н ₁₁.

Яка структура Б ₅ Н ₉?

Загальна кількість валентних електронів = (5 х В) + (9 х Н) = (5 х 3) + (9 х 1) = 24
Кількість електронів для кожної одиниці B-H = (5 x 2) = 10
Кількість скелетних електронів = 24 — 10 = 14
Число СЕП = 14/2 = 7
Якщо n +1 = 7 і n -1 = 5 атомів бору, то n = 6
Структура n = 6 - восьмигранна (рис. $\PageIndex{2}$ ), тому B ₅ H ₉ - нідоструктура, заснована на восьмигранній структурі з відсутньою однією вершиною (рис. $\PageIndex{4}$ ).

Малюнок $\PageIndex{4}$ : Куля і палиця представлення структури Б ₅ Н ₉.

Приклад $\PageIndex{1}$

Яка структура Б _{6 Н ₆} ^2-?

Рішення

Загальна кількість валентних електронів = (6 х В) + (3 х Н) = (6 х 3) + (6 х 1) + 2 = 26
Кількість електронів для кожної одиниці B-H = (6 x 2) = 12
Кількість скелетних електронів = 26 — 12 = 14
Число СЕП = 14/2 = 7
Якщо n +1 = 7 і n атомів бору, то n = 6
Структура n = 6 - восьмигранна (рис. $\PageIndex{2}$ ), тому B _{6 H ₆} ^2- являє собою замкнуту структуру, засновану на восьмигранній структурі (рис. $\PageIndex{5}$ ).

Малюнок $\PageIndex{5}$ : Куля і палиця представлення структури B ₆ H ₆ ^2-.

У таблиці $\PageIndex{1}$ наведено зведення буранового кластера із загальною формулою B _n _{H n} ^x- та їх структурами, визначеними правилами Уейда.

Таблиця $\PageIndex{1}$ : Правила Уейда для борана.
Тип	Базова формула	Приклад	Кількість вертикалей	Кількість вакансій	Кількість е- в B + заряду	Кількість склеювальних МО
Closo	Б _н Н _Н ^2-	Б ₆ Н ₆ ^2-	п	0	3м + 2	п + 1
Нідо	Б _н Н _Н ^4-	Б ₅ Ч ₉	п + 1	1	3н + 4	п + 2
Арачно	Б _н Н _Н ^6-	Б ₄ Ч ₁₀	п + 2	2	3 + 6	п + 3
Гіфо	Б _н _Н ^8-	Б ₅ Ч ₁₁ ^2-	п + 3	3	3м + 8	п + 4

Бібліографія

Рудольф Р.В., Док. Хім. Рез., 1976, 9, 446.
Уейд К.М., адв. ін.г. Хім. Радіохім. , 1976, 18, 1.