Binden zonder edelgasconfiguratie

Wanneer atomen bindingen vormen met andere atomen, doen ze dit om de stabiele edelgasconfiguratie te verkrijgen. De edelgasconfiguratie of octetstructuur is de toestand waarbij een atoom 8 elektronen rond zich heeft. Deze elektronen zijn zowel de bindingselektronen als de eventueel aanwezige vrije elektronen. Er zijn echter ook atomen die bij binden deze edelgasconfiguratie nooit zullen bereiken of zullen overschrijden.

• Atomen die de edelgasconfiguratie nooit zullen bereiken
• Beryllium
• Boor
• De bindingen met fluor
• Atomen die de edelgasconfiguratie zullen overschrijden
• Fosfor
• Zwavel

Atomen die de edelgasconfiguratie nooit zullen bereiken

Beryllium

De elektronenconfiguratie van beryllium is 1s² 2s². Alle vier de elektronen bevinden zich binnen een bolvormig s-orbitaal. Twee bevinden zich op de eerste hoofdschil en de andere twee bevinden zich op de tweede hoofdschil, wat hier ook de buitenste hoofdschil is. De twee buitenste elektronen zijn de valentie-elektronen. Om de edelgasconfiguratie te bekomen, zou Beryllium deze twee elektronen kunnen afgeven. Dit gebeurt echter nooit. Ook zou Beryllium 6 elektronen naar zich toe kunnen trekken. Ook dit strookt niet met de realiteit. In werkelijkheid wendt het berylliumatoom zijn twee valentie-elektronen aan om twee bindingen te vormen, bijvoorbeeld met twee fluoratomen ter vorming van BeF₂. Om met twee fluoratomen te kunnen binden, moet beryllium twee ongepaarde elektronen ter beschikking hebben. Hiervoor kan één van de 2s-elektronen worden gepromoveerd naar een hoger subenergieniveau 2p. Dit zou echter leiden tot twee ongelijke Be-F bindingen, één binding via 2s en eentje via 2p. In realiteit zijn beide bindingen echter volledig identiek. Dit kan alleen worden verklaard door een hybridisatie tussen het 2s en het 2p orbitaal. Hieruit ontstaan twee identieke sp¹-orbitalen. Deze orbitalen zijn georiënteerd t.o.v. elkaar in een hoek van 180°.

Boor

De elektronenconfiguratie van boor is 1s² 2s² 2p¹. Twee valentie-elektronen bevinden zich op subniveau 2s en 1 valentie-elektron zit op subniveau 2p. Om de edelgasconfiguratie te kunnen bereiken, zou boor drie elektronen kunnen afgeven of 5 elektronen naar zich toe kunnen trekken. In werkelijkheid zal boor geen van beide scenario’s volgen. Boor wendt zijn drie valentie-elektronen aan om drie bindingen te vormen, bijvoorbeeld met drie fluoratomen ter vorming van BF₃. Om met drie fluoratomen te kunnen binden, moet boor over drie ongepaarde elektronen beschikken. Hiervoor kan één van de 2s-elektronen worden gepromoveerd naar een hoger subenergieniveau 2p. Dit zou echter leiden tot twee gelijke B-F bindingen en 1 ongelijke binding, één binding via 2s en twee bindingen via 2p. In realiteit zijn de drie bindingen echter volledig identiek. Dit kan alleen worden verklaard door een hybridisatie tussen het 2s en de twee 2p orbitalen. Hieruit ontstaan drie identieke sp²-orbitalen. Deze orbitalen zijn georiënteerd t.o.v. elkaar in hoeken van 120°.

De bindingen met fluor

De elektronenconfiguratie van fluor is 1s² 2s² 2p⁵. Fluor heeft dus zeven valentie-elektronen. Om de edelgasconfiguratie te verkrijgen, kan het een elektron opnemen. Door te binden met een beryllium- of booratoom kan het gebruik maken van één van hun ongepaarde elektronen om de stabiele edelgasconfiguratie te verkrijgen. De overige valentie-elektronen van fluor vormen de vrije doubletten rond fluor.

Atomen die de edelgasconfiguratie zullen overschrijden

Fosfor

Fosfor bezit 3 ongepaarde valentie-elektronen op het 3p subniveau. Fosfor kan echter met vijf atomen binden, bijvoorbeeld in PCl₅. Dit kan verklaard worden door de promotie van een 3s-elektron naar het 3d subniveau en een daaropvolgende hybridisatie van het 3s-, de drie 3p-orbitalen en het 3d-orbitaal ter vorming van 5 gelijke orbitalen die elk 1 ongepaard elektron bevatten waarmee het fosforatoom kan binden met de 5 chlooratomen.

Zwavel

Zwavel heeft slechts 2 ongepaarde valentie-elektronen op het 3p subniveau. Zwavel kan echter 6 bindingen aangaan met bijvoorbeeld 6 chlooratomen ter vorming van SCl₆. Dit kan verklaard worden door de promotie van een 3s-elektron en en een gepaard 3p-elektron naar het 3d subniveau en een daaropvolgende hybridisatie van het 3s-orbitaal, de drie 3p- en de 2d-orbitalen ter vorming van 6 gelijke orbitalen die elk 1 ongepaard elektron bevatten waarmee het zwavelatoom kan binden met de 6 chlooratomen.