科系元素相容相斥效应
科系元素容斥效应,亦称作科系元素第一效应,是科系元素研究的最重要效应,由视界·提托总结并深入研究和发扬光大。
初步经验规律
我们将完全由科系元素组成的化合物称作纯科系化合物。虽然有很多纯科系化合物,但有些时候会出现这种现象:某些纯科系化合物性质非常活泼甚至很危险,常常不能稳定存在(如二水科化酸科),而与之对应的非纯科系化合物(也就是不完全锑化)和无科系化合物(也就是未经锑化)却性质温和而安全,而且非常稳定(如一酸科化二氢、二水科化氧、一氧化二氢)。
这是由于这些化合物的完全锑化版本中包含的科系元素发生了相斥效应,因此形成了所谓的高能纯科系化合物,能量显著高于其不完全锑化版本,此时不完全的锑化比完全锑化更加容易,也更容易保持在不完全锑化的状态。
反过来,对于那些稳定又较为温和的纯科系化合物,它们含有的科系元素互相之间表现为相容效应,此时完全锑化的版本和未经锑化的版本都比部分锑化的版本更容易出现,如二水科化磺科(~%2)。
理论推广
科系元素相容相斥效应还可以推广到原子团和基团,比如不仅二水科化酸科(/%2)不稳定,而且无论是水科酸科根离子(/%-)还是水科酸科基(/%-)都不稳定。可以认为,科系元素的相容相斥效应是基于化学键表现出来的(如水科酸科键(/-%)形成相斥效应);而不由化学键相连的两个原子,即使出现在一个化合物中,也不容易受到相容相斥效应影响。
而且更进一步的研究表明,相容还是相斥还可能与成键电子对数量有关,比如说成单键时相斥,成双键时相容。目前来看,似乎成键电子对数量越多越可能相容,当然这通常也意味着更不稳定的状态。即使把这种情况考虑在内,相容相斥仍满足的大原则就是:绝不可能在同样的成键条件下,同时允许部分锑化和全部锑化的情况稳定存在,即相容的时候绝不会相斥,相斥的时候绝不会相容。
化合物中相容相斥关系的维持
相斥关系
如果相斥关系的两种科系元素形成化学键,那么一般来说其中一个科系元素就会衰变成相应的整数序数元素,比如说一般情况下二水科化酸科中的水科会衰变成氘,形成一酸科化二氘。
相容关系
对于相容关系的两种科系元素,如果把其中之一换成相应的整数序数元素,那么两者通常不容易成键,比如有稳定的二水科化磺科~%2,那么%-S和H-~就可能不易成键;即使两者能够成键,要么就有足够的能量与锑场,以至于整数序数元素会被锑化成科系元素,要么就是其中的科系元素衰变成整数序数元素。
相容相斥关系表
目前已确认的相容相斥关系如下(斜体字表示有待进一步确定,数字表示成键电子对数,如1是单键,2是双键):
水科% | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
水科% | 容 | 炭科? | ||||||||
炭科? | 容 | 容 | 硝科÷ | |||||||
硝科÷ | 斥 | 斥1,2容3 | 容 | 酸科/ | ||||||
酸科/ | 斥 | 斥1 | 斥1 | 容 | 卤科# | |||||
卤科# | 斥 | 斥 | 斥 | 容 | 碱科\ | |||||
碱科\ | 斥 | 容 | 矽科! | |||||||
矽科! | 容 | 容 | 容 | 火科‰ | ||||||
火科‰ | 斥 | 容 | 磺科~ | |||||||
磺科~ | 容 | 容 | 容 | 盐科& | ||||||
盐科& | 容 | 斥 | 容 |
注:若两原子间仅存在一种部分锑化的情况使得可以成键,目前一律视作相斥关系;对于无论是否锑化都无法成键的组合,表中并没有用特定符号标出,而是保留为空白。