¿Por qué hay PCl5 pero no NCl5?

La configuración electrónica de [math] \ text {P} [/ math] es [math] \ text {1s} ^ \ text {2} \ text {2s} ^ \ text {2} \ text {2p} ^ \ text {6} \ text {3s} ^ \ text {2} \ text {3p} ^ \ text {3} [/ math]

[math] \ text {P} [/ math] tiene una subshell 3d vacante. Entonces, cuando los átomos [math] \ text {Cl} [/ math] se unen al átomo [math] \ text {P} [/ math], uno de los electrones emparejados en [math] \ text {3s} [ / math] de [math] \ text {P} [/ math] entusiasmarse con [math] \ text {3d} [/ math]

Después de esto, el átomo [math] \ text {P} [/ math] se someterá a la hibridación [math] \ text {sp} ^ \ text {3} \ text {d} [/ math] y tendrá 5 electrones no apareados en su caparazón de valencia. Entonces [math] \ text {P} [/ math] podrá formar 5 enlaces con 5 átomos [math] \ text {Cl} [/ math] cada uno. Entonces [math] \ text {PCl} _ \ text {5} [/ math] existe.

Por otro lado, [math] \ text {N} [/ math] no tiene d orbital vacante y, por lo tanto, no puede promover los electrones emparejados en [math] \ text {3s} [/ math]. Entonces, el número máximo de electrones no apareados que [math] \ text {N} [/ math] puede tener en su capa de valencia es 3 (los electrones en la subcapa [math] \ text {2p} [/ math]). Entonces [math] \ text {NCl} _ \ text {5} [/ math] no existe pero [math] \ text {NCl} _ \ text {3} [/ math] sí existe.

No es una pregunta fácil de explicar.

Me di cuenta de que Naishadh Parmar ya lo explicaba de la manera tradicional: usando la justificación d-orbital. Decir que P puede usar sus orbitales d y N no. Lo encontrarás en muchos libros de texto de pregrado.

De acuerdo con el modelo de resistencia al aire de electrones del infierno de S alence (teoría VSEPR), un electrón es promovido a los orbitales d vacíos en tales compuestos AB5. Se supone que forman 5 orbitales híbridos sp3d y esto explica la estructura bipiramidal trigonal.

Solo un pequeño problema: los cálculos de mecánica cuántica (ab initio) muestran que no se necesitan orbitales d.

Una forma alternativa de explicarlo es a través del enlace de tres centros de cuatro electrones .

El hecho de que el nitrógeno no pueda formar 5 enlaces covalentes no es cierto. Véase, por ejemplo, la explicación de la estructura del diazometano en este artículo de revisión sobre la teoría moderna del enlace de valencia [1]

de hecho, el átomo de nitrógeno forma cinco enlaces covalentes y la disponibilidad o no de d orbitales no tiene nada que ver con este estado de cosas. Esto generalmente se muestra en términos de enlaces múltiples, como en CH2N2, N20, F3N0, etc., en lugar de cinco enlaces simples, simplemente porque el tamaño pequeño del átomo de N normalmente impide la presencia de cinco vecinos más cercanos. Esto no es así para el átomo de fósforo. La aparente diferencia en la valencia entre la primera y la segunda fila de la tabla periódica es, por lo tanto, una consecuencia del tamaño de los átomos y no se debe principalmente a la disponibilidad o no de orbitales 3d para la unión.

Entonces, para concluir que el NCl5 no existe es principalmente porque el nitrógeno es demasiado pequeño para acomodar cinco átomos de cloro alrededor del átomo de nitrógeno central. (Así que solo olvida los d-orbitales).

Notas al pie

[1] http://molphys.org/files/articul