科系元素相容相斥效應
科系元素容斥效應,亦稱作科系元素第一效應,是科系元素研究的最重要效應,由視界·提托總結並深入研究和發揚光大。
初步經驗規律
我們將完全由科系元素組成的化合物稱作純科系化合物。雖然有很多純科系化合物,但有些時候會出現這種現象:某些純科系化合物性質非常活潑甚至很危險,常常不能穩定存在(如二水科化酸科),而與之對應的非純科系化合物(也就是不完全銻化)和無科系化合物(也就是未經銻化)卻性質溫和而安全,而且非常穩定(如一酸科化二氫、二水科化氧、一氧化二氫)。
這是由於這些化合物的完全銻化版本中包含的科系元素發生了相斥效應,因此形成了所謂的高能純科系化合物,能量顯著高於其不完全銻化版本,此時不完全的銻化比完全銻化更加容易,也更容易保持在不完全銻化的狀態。
反過來,對於那些穩定又較為溫和的純科系化合物,它們含有的科系元素互相之間表現為相容效應,此時完全銻化的版本和未經銻化的版本都比部分銻化的版本更容易出現,如二水科化磺科(~%2)。
理論推廣
科系元素相容相斥效應還可以推廣到原子團和基團,比如不僅二水科化酸科(/%2)不穩定,而且無論是水科酸科根離子(/%-)還是水科酸科基(/%-)都不穩定。可以認為,科系元素的相容相斥效應是基於化學鍵表現出來的(如水科酸科鍵(/-%)形成相斥效應);而不由化學鍵相連的兩個原子,即使出現在一個化合物中,也不容易受到相容相斥效應影響。
而且更進一步的研究表明,相容還是相斥還可能與成鍵電子對數量有關,比如說成單鍵時相斥,成雙鍵時相容。目前來看,似乎成鍵電子對數量越多越可能相容,當然這通常也意味着更不穩定的狀態。即使把這種情況考慮在內,相容相斥仍滿足的大原則就是:絕不可能在同樣的成鍵條件下,同時允許部分銻化和全部銻化的情況穩定存在,即相容的時候絕不會相斥,相斥的時候絕不會相容。
化合物中相容相斥關係的維持
相斥關係
如果相斥關係的兩種科系元素形成化學鍵,那麼一般來說其中一個科系元素就會衰變成相應的整數序數元素,比如說一般情況下二水科化酸科中的水科會衰變成氘,形成一酸科化二氘。
相容關係
對於相容關係的兩種科系元素,如果把其中之一換成相應的整數序數元素,那麼兩者通常不容易成鍵,比如有穩定的二水科化磺科~%2,那麼%-S和H-~就可能不易成鍵;即使兩者能夠成鍵,要麼就有足夠的能量與銻場,以至於整數序數元素會被銻化成科系元素,要麼就是其中的科系元素衰變成整數序數元素。
相容相斥關係表
目前已確認的相容相斥關係如下(斜體字表示有待進一步確定,數字表示成鍵電子對數,如1是單鍵,2是雙鍵):
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 | 鹵科# | |||||
鹵科# | 斥 | 斥 | 斥 | 容 | 鹼科\ | |||||
鹼科\ | 斥 | 容 | 矽科! | |||||||
矽科! | 容 | 容 | 容 | 火科‰ | ||||||
火科‰ | 斥 | 容 | 磺科~ | |||||||
磺科~ | 容 | 容 | 容 | 鹽科& | ||||||
鹽科& | 容 | 斥 | 容 |
註:若兩原子間僅存在一種部分銻化的情況使得可以成鍵,目前一律視作相斥關係;對於無論是否銻化都無法成鍵的組合,表中並沒有用特定符號標出,而是保留為空白。