옥텟 규칙

'''Octet Rule'''

1. 정의

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옥텟 규칙(octet rule) 또는 여덟 전자 규칙은 분자#s-1.2를 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.

2. 예외

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2.1. K껍질

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가장 안쪽 전자껍질인 K껍질에는 2개만 들어간다고 설정한다.

2.2. 확장된 옥텟

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인산[1] 이나 황산[2]과 같이 결합에 따라서 옥텟을 초과하는 경우. 3주기 이상의 원소에서 나타난다.

2.3. 옥텟 결핍

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붕소처럼 원자가전자가 4개 미만인 원소는 원자가전자를 전부 공유 결합에 써도 8개보다 모자라게 된다. 대표적인 예시로 붕산이나 삼플루오린화 붕소가 있다. 이런 경우 비공유 전자쌍이 있는 다른 분자에서 전자쌍을 제공받아 배위 결합을 하기도 한다.

2.4. 공명 구조

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해당 문서 참조

3. 정확한 설명

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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, s오비탈은 에너지마다 하나, p오비탈은 에너지마다 셋이 (px, py, pz) 존재한다. 각각에 전자가 둘씩 있으므로 s오비탈과 p오비탈의 전자 개수를 합하면 2+6=8. 옥텟 규칙이 하필 8인 이유가 이것 때문인데, 4주기 이상의 원소부터는 d오비탈과 f오비탈등이 존재해 옥텟 규칙이 깨지는 경우가 있다. 원소 번호가 증가함으로서 전자를 부가하는 순서도 양자역학적 효과에 의해 복잡해진다. 예를 들어 전이 원소의 d오비탈은 그 에너지의 준위가 s오비탈보다 높다. 무슨 뜻이냐면, 자연적으로는 s오비탈이 채워진 후 d오비탈에 전자를 부가한다는 뜻이다. 단, 전이 원소에서 전자를 방출하여 이온이 될 때는 그 에너지의 준위가 높은 d오비탈보다 그 에너지의 준위가 낮은 s오비탈의 전자를 먼저 방출한다.
• 공명 구조: 해당 문서에 오비탈 이론에 기반한 설명이 있다.

4. 예시

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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.

[1] 인(P)에 공유결합 전자쌍이 5쌍임을 알 수 있다.

[2] 황(S)에 공유결합 전자쌍이 6쌍이다.