옥텟 규칙(octet rule) 또는
여덟 전자 규칙은
분자를 이루는 각각의
원자는
전자가 최외각 껍질에 8개가 들어갔을 때 가장 안정된 상태로 보는 원시적 형태의 화학 이론이다. 다만 원시적인 만큼 간단하므로 중고등학교 수준에서는 이것에 기반해 화학결합을 설명한다.
가장 안쪽 전자껍질인 K껍질에는 2개만 들어간다고 설정한다.
인산
[1] 이나 황산
[2]과 같이 결합에 따라서 옥텟을 초과하는 경우. 3주기 이상의 원소에서 나타난다.
붕소처럼
원자가전자가 4개 미만인 원소는
원자가전자를 전부 공유 결합에 써도 8개보다 모자라게 된다. 대표적인 예시로
붕산이나 삼
플루오린화 붕소가 있다. 이런 경우 비공유 전자쌍이 있는 다른 분자에서 전자쌍을 제공받아
배위 결합을 하기도 한다.
오비탈 이론이 이 규칙의 완성형이다.
양자역학이 끼어드므로 다소 복잡하지만, 간략하게 옥텟 규칙의 예외를
오비탈 이론으로 설명하면
K껍질:
파울리 배타 원리에 의하면 같은 상태인
전자는 같은
공간에 있을 수 없다. 그런데 에너지가 같아도
스핀이 업과 다운으로 다를 수 있어 한 형태의 궤도형태엔 두 개의 전자가 있다. 가장 낮은 에너지를 가진 준위는 s형태의 오비탈 하나(1s)이므로 2개의 전자만이 가장 낮은 에너지(=K껍질)에 존재한다.
'확장':
오비탈의 종류는 s, p, d, f, g, h, i...등으로 나뉘는데, s
오비탈은 에너지마다 하나, p
오비탈은 에너지마다 셋이 (px, py, pz) 존재한다. 각각에 전자가 둘씩 있으므로 s
오비탈과 p
오비탈의 전자 개수를 합하면 2+6=8. 옥텟 규칙이 하필 8인 이유가 이것 때문인데, 4주기 이상의 원소부터는 d
오비탈과 f
오비탈등이 존재해 옥텟 규칙이 깨지는 경우가 있다. 원소 번호가 증가함으로서 전자를 부가하는 순서도 양자역학적 효과에 의해 복잡해진다. 예를 들어
전이 원소의 d
오비탈은 그 에너지의 준위가 s
오비탈보다 높다. 무슨 뜻이냐면, 자연적으로는 s
오비탈이 채워진 후 d
오비탈에 전자를 부가한다는 뜻이다. 단,
전이 원소에서 전자를 방출하여 이온이 될 때는 그 에너지의 준위가 높은 d
오비탈보다 그 에너지의 준위가 낮은 s
오비탈의 전자를 먼저 방출한다.
-
공유결합,
이온결합에서 주로 확인할 수 있다.
대표적으로 소금은 이온결합 물질인데, NaCl이라는 화학식을 사용한다. Na와 Cl이 이렇게 결합한 이유는, 이온상태일 때 원자 최외곽 전자껍질의 전자가 하나 더 많거나, 하나가 부족하기 때문이다. 따라서 서로 남거나 부족한 전자간의 결합으로 이온결합이 성립되어 안정된 형태를 띤다.
공유결합의 경우에도 메테인 (CH4)의 경우 탄소의 최외곽 전자껍질에 있는 전자가 총 4개로, 전자를 1개만 얻으면 안정화될 수 있는 수소와 각각 결합하여 안정된 형태가 된다.