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루이스 구조는 이러한 물질의 원자가 전자 분포와 원자가 화학 결합을 형성하기 위해 이러한 전자를 공유하는 방식을 보여주는 분자 및 이온 화합물의 표현입니다. 그들은 화합물의 일부인 각 요소의 전자 구성뿐만 아니라 루이스 점 기호를 기반으로 합니다.
루이스 구조에서 공유 결합은 선으로 표시되며, 각 선은 결합하는 전자 쌍을 나타내는 반면 비공유 전자는 루이스 점 기호와 같은 방식으로 각 원자 주위에 위치한 점으로 표시됩니다.
이러한 구조를 통해 두 원자 사이의 화학 결합에 대한 매우 단순화된 첫 번째 설명을 제공할 수 있습니다. 화합물의 루이스 구조로부터 극성, 녹는점, 끓는점, 심지어 화학 반응성과 같은 물질의 특성을 설명할 뿐만 아니라 모양과 분자 구조에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.
이러한 유형의 표현은 유기 화학에서 특히 유용합니다. 화학 반응이 발생할 때 전자 분포에서 발생하는 변화를 명확하게 관찰할 수 있으며, 이를 통해 화학 반응이 발생하는 메커니즘을 설명할 수 있습니다.
루이스 구조를 구성하는 요소
위에서 언급했듯이 루이스 구조는 루이스 점 기호를 기반으로 합니다. 이들은 문제의 원자의 화학 기호로 시작하여 그 주위에 분포된 원자가 전자를 점 형태로 그립니다.
루이스 구조에서 두 원자 사이에 공유되지 않은 전자는 경우에 따라 화학 기호 위 또는 아래 또는 양쪽 중 하나에 위치한 점으로 표시됩니다.
반면에 공유 결합의 일부인 각 전자 쌍은 결합된 두 원자의 중심을 연결하는 실선으로 루이스 구조로 표시됩니다.
그러나 어떻게 루이스 구조를 그릴 수 있습니까? 이것은 보이는 것보다 훨씬 더 간단한 것으로 판명되었으며 일련의 순서가 지정된 단계를 따르고 필요할 때 약간의 상식을 적용하는 것만 포함됩니다.
루이스 구조 그리기 규칙
루이스 구조를 더 쉽게 작성하려면 시작하기 전에 몇 가지 배경 정보가 있어야 합니다.
- 이온인 경우 전하를 포함하여 구조를 그리려는 화합물의 분자식 . 예를 들어, 질산염 이온의 루이스 구조를 쓰고 싶다면 그 공식이 NO 3 – 임을 알아야 합니다 .
- 분자식에 존재하는 각 원자의 원자가 전자 수를 알아야 합니다 . 예를 들어 질소는 5개의 원자가 전자를 가진 원소이고 산소는 6개입니다. 대표 원소의 경우 이 수를 아는 것은 매우 쉽습니다. 그룹 내의 모든 원소는 동일한 수의 원자가 전자를 가지므로 어떤 그룹에 속하는지 알면 됩니다.
- 공식에서 각 원자의 상대적인 전기음성도 에 대한 아이디어를 갖는 것이 종종 도움이 됩니다(꼭 필요한 것은 아니지만) . 여기서 중요한 것은 전기음성도가 얼마나 가치가 있는지 아는 것이 아니라 어떤 원소가 다른 원소보다 전기음성도가 더 높거나 낮은지를 아는 것입니다.
이 기본 정보가 수집되면 루이스 구조를 작성하는 데 필요한 단계를 설명합니다.
단계별 루이스 구조
아래의 단계는 공유 결합 또는 중성 분자 화합물, 단원자 또는 다원자 이온, 또는 이온 염이나 산화물과 같은 확장 이온 화합물을 포함한 모든 화학 종에 적용될 수 있습니다.
1단계: 총 원자가 전자 수를 센다.
루이스 구조는 분자에 존재하는 모든 원소의 모든 원자가 전자를 포함해야 하며 전하의 균형이 충족되도록 해야 합니다. 총 전자 수를 찾으려면 공식의 각 원소 원자 수와 원자가 전자 수의 곱을 더하고 마지막에 전하가 있으면 뺍니다. 공식은 다음과 같습니다.
예:
1 N, 3 O 및 -1의 전하를 갖는 질산염 이온(NO 3 – ) 의 루이스 구조를 작성하는 경우 총 원자가 전자 수는 다음과 같습니다.
2단계: 분자의 기본 구조를 씁니다.
이것은 어떤 원자가 어떤 다른 원자와 연결될 것인지를 나타내는 것으로 구성됩니다(분자의 연결성이라고 하는 것). 즉, 분자의 기본 골격이 확립됩니다.
이 단계를 수행할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 일반적인 규칙은 다음과 같습니다.
- 중심 원자는 거의 항상 전기 음성도가 가장 낮습니다.
- 수소 원자는 항상 중앙이 아닌 끝으로 이동합니다. 산소와 결합하지 않은 대부분의 화합물의 할로겐도 마찬가지입니다.
- 하나 이상의 가능한 구조를 제안할 수 있습니다. 나중에 어느 것이 더 가능성이 높은지 결정됩니다.
예 – 질산염 이온
위에 제시된 모든 단계의 예시는 공유 결합에 의해 함께 결합된 3개의 산소와 1개의 질소에 의해 형성된 다원자 이온인 질산염 이온으로 표시됩니다. 이 경우 전기음성도가 가장 작은 원소는 질소이므로 중앙에 배치하고 3개의 산소를 측면에 분포시킨다.
3단계: 함께 연결된 모든 원자 사이에 단일 공유 결합을 그립니다.
이 단계 후에 화합물은 분자의 모양을 얻기 시작합니다. 끝 결합은 이중 또는 삼중 결합이 될 수 있지만 모두 단일 결합으로 시작합니다.
질산염 이온 계속
4단계: 전기 음성도가 가장 큰 것부터 시작하여 나머지 원자가 전자로 옥텟을 채웁니다.
결합의 일부인 전자를 할인한 후 나머지 전자는 가장 음전기가 큰 원소 주위에 쌍으로 추가되어 옥텟을 완성합니다(수소 제외).
질산염 이온 계속
5단계: 필요한 경우 여러 링크를 형성합니다.
원자가 전자의 끝에 일부 원자가 불완전한 옥텟으로 남아 있는 경우 이웃 원자에서 공유되지 않은 전자 쌍을 사용하여 이중 결합을 형성하거나 필요에 따라 두 쌍을 사용하여 삼중 결합을 형성하십시오.
질산염 이온 계속
6단계: 정식 비용을 계산합니다(선택 사항).
5단계가 완료되면 분자 구조가 완전히 그려집니다. 남아 있는 경우 전하를 추가하기만 하면 됩니다. 이 시점에서 두 가지 다른 방법으로 진행할 수 있습니다. 첫 번째는 순전하(이온의 경우)가 있는 경우 전체 구조를 대괄호로 묶고 전하를 위첨자로 추가한다는 것입니다. 두 번째(바람직한)는 구조의 각 원자에 대한 형식 전하(CF)를 결정하는 것으로 구성됩니다.
이는 다음 공식을 통해 수행됩니다.
질산염 이온 계속
질산염 이온의 경우 질소 원자의 공식 전하는 다음과 같습니다.
존재하는 두 가지 유형의 산소의 공식 요금은 다음과 같습니다.
공식 전하를 계산한 후 중성이 아닌 각 원자 옆에 배치하면 모든 전하의 합이 이온의 알짜 전하(또는 분자가 중성인 경우 0)가 된다는 것이 확인됩니다. 다음 이미지에서 볼 수 있듯이 모든 요금의 합은 +1-2=-1입니다.
루이스 구조의 예
위에서 언급했듯이 모든 화학 종의 루이스 구조를 작성할 수 있습니다. 다음은 다양한 유형의 화합물 구조의 몇 가지 예입니다.
중성 분자 화합물 – 에틸렌
단순 이온성 화합물 – 염화나트륨
더 복잡한 이온 화합물 – 질산나트륨 및 질산암모늄
참조
Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR, & O. (2019). 화학 2e (2 판 .). :오픈스택스 .
국제순수응용화학연맹(IUPAC). (2014). IUPAC – 루이스 공식(전자점 또는 루이스 구조)(L03513). https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513 에서 가져옴
