Oktettregel

Die Oktettregel oder Acht-Elektronen-Regel besagt, dass viele Atome Moleküle oder Ionen bilden, bei denen die Zahl der äußeren Elektronen, auch Valenzelektronen genannt, acht beträgt. Die Oktettregel gilt für viele Elemente und Verbindungen. Die Oktettregel ist ein Spezialfall der umfassenderen Edelgasregel.

Atome, die der Oktettregel zumeist gehorchen

Die Oktettregel gilt streng nur für die Hauptgruppenelemente ohne Wasserstoff und Helium. Dazu gehören die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Natrium, Magnesium und Aluminium. Diese Elemente erreichen in den meisten ihrer Verbindungen die Elektronenkonfiguration des Edelgases Neon. Die Atome Kohlenstoff, Stickstoff und Fluor besitzen auch in elementarem Zustand - als Diamant, Graphit oder Fulleren, als Distickstoff- N₂, Trisauerstoff- (Ozon) und Diflourmolekül F₂ - die Neon-Elektronenkonfiguration mit acht Valenzelektronen.

Ausnahmen von der Oktettregel

Die Oktettregel gilt für die meisten stabilen Verbindungen der oben genannten Elemente, es gibt aber auch hier Ausnahmen. Deutlich mehr Ausnahmen gibt es für Elemente der höheren Perioden. Elemente wie Zinn und Blei bilden beispielsweise (auch) Kationen in der zweiwertigen Oxidationsstufe mit einem einsamen Elektronenpaar (inert-pair-Effekt).

Allerdings gibt es viele Moleküle, bei denen nur formal das Elektronen-Oktett überschritten wird. Typische Beispiele hierfür sind Phosphorpentafluorid (PF₅), Schwefelhexafluorid (SF₆) oder Iodheptafluorid (IF₇). Bislang hat man für die über das Oktett hinausgehenden Bindungselektronen häufig energetisch höherliegende unbesetzte d-Orbitale bemüht.

Detailliertere quantenmechanische Betrachtungen zeigen jedoch, dass die d-Orbitale wegen der enormen Energiedifferenz zu den s- und p-Valenzorbitalen keine wesentliche Rolle spielen sollten. Alternative Beschreibungen dieser Moleküle nutzen Mehrzentrenbindungen oder partiell ionische Formulierungen (z.B. PF₄²⁺F^-, SF₄²⁺(F^-)₂, IF₄³⁺(F^-)₃).

Moleküle, für die sich Oktettregel-konforme Lewis-Formeln aufstellen lassen, bei denen aber trotzdem häufig Formeln mit mehr als 4 Bindungsstrichen benutzt werden, sollten nicht als Ausnahmen gewertet werden. Als typische Beispiele seien hier Schwefelsäure oder Schwefeldioxid genannt.

Ausnahmen der Oktettregel für Stickstoff und Sauerstoff

Ausnahmen sind beispielsweise die Stickoxide Stickstoffmonoxid NO, auch Stickoxid genannt, und das Stickstoffdioxid NO₂. Die Moleküle dieser Verbindungen sind beständige Radikale, haben also eine ungerade Elektronenzahl, was mit der Oktettregel natürlich prinzipiell unverträglich ist.

Eine weitere Ausnahme von der Oktettregel ist das Disauerstoffmolekül O₂: Messungen zeigen, dass es zwei ungepaarte Elektronen enthält. Die Edelgaskonfiguration erfordert aber gepaarte Elektronen. Das Disauerstoffmolekül kann bei der Reaktion von Kalium, Rubidium und Cäsium mit Luft in das Hyperoxid-Ion O₂^- übergehen; es entstehen die Hyperoxide KO₂, RbO₂ und CsO₂. Das Hyperoxid-Ion hat eine ungerade Elektronenzahl und damit ebenfalls kein Oktett.

Keine Gültigkeit für instabile Zwischenstufen

Die Regel gilt vor allem für stabile Verbindungen. Bei vielen Reaktionen treten instabile, aber nachweisbare Zwischenprodukte auf, die der Oktettregel nicht gehorchen, z.B. Radikale wie das Chlorradikal oder Carbokationen, bei denen der Kohlenstoff nur sechs Elektronen hat, beispielsweise bei der Umsetzung von Butylchlorid.

Für die Übergangsmetalle gilt statt der Oktettregel die 18-Elektronen-Regel.

Keine Gültigkeit für Wasserstoff, Lithium und Beryllium

Für Wasserstoff gilt die Oktettregel überhaupt nicht. Für Lithium, Beryllium und Bor wird sie in den Ionen Li⁺, Be²⁺ und B³⁺ nicht erfüllt. Die Edelgasregel gilt aber sehr wohl: die Atome dieser Elemente erreichen die Edelgaskonfiguration des Heliums mit zwei Elektronen und gehorchen damit der Zwei-Elektronen-Regel.

Siehe auch