Tabla de Contenidos
Lewis-strukturer er representasjoner av molekyler og ioniske forbindelser som viser fordelingen av valenselektroner i disse stoffene, samt måten atomer deler disse elektronene på for å danne kjemiske bindinger. De er basert på Lewis-punktsymbolene, samt den elektroniske konfigurasjonen av hvert element som er en del av sammensetningen.
I Lewis-strukturer er kovalente bindinger representert av linjer, som hver representerer et bindingspar av elektroner, mens udelte elektroner er representert som prikker plassert rundt hvert atom, på samme måte som det gjøres med Lewis-punktsymboler.
Disse strukturene lar oss gi en svært forenklet første beskrivelse av den kjemiske bindingen mellom to atomer. Fra Lewis-strukturen til en forbindelse kan man trekke konklusjoner om formen og molekylgeometrien, samt forklare egenskaper til stoffer som polaritet, smelte- og kokepunkter, og til og med kjemisk reaktivitet.
Disse typer representasjoner er spesielt nyttige i organisk kjemi, der de lar oss tydelig observere endringene som skjer i fordelingen av elektroner når en kjemisk reaksjon skjer, som igjen lar oss belyse mekanismene som kjemiske reaksjoner oppstår.
Elementer som utgjør en Lewis-struktur
Som nevnt ovenfor er Lewis-strukturer basert på Lewis-punktsymboler. Disse er skrevet med utgangspunkt i det kjemiske symbolet til det aktuelle atomet, og tegner deretter valenselektronene som er fordelt rundt det i form av prikker.
I en Lewis-struktur er elektronene som ikke er delt mellom to atomer representert som punkter plassert over eller under det kjemiske symbolet, eller til en av dets to sider, alt ettersom.
Hvert elektronpar som er en del av en kovalent binding, er derimot representert i en Lewis-struktur av en heltrukket linje som forbinder midten av de to bundne atomene.
Men hvordan tegner du en Lewis-struktur? Dette viser seg å være mye enklere enn det ser ut til, og det innebærer bare å følge en rekke ordnede trinn, og bruke litt sunn fornuft når det er nødvendig.
Regler for å tegne Lewis-strukturen
For å gjøre det lettere å skrive Lewis-strukturer, bør du ha litt bakgrunnsinformasjon før du begynner:
- Molekylformelen til forbindelsen hvis struktur du vil tegne, inkludert den elektriske ladningen, i tilfelle det er et ion. For eksempel, hvis vi vil skrive Lewis-strukturen til nitrationen, er det nødvendig å vite at formelen er NO 3 – .
- Antall valenselektroner til hvert av atomene i molekylformelen må være kjent . For eksempel er nitrogen et grunnstoff som har 5 valenselektroner, mens oksygen har 6. For representative grunnstoffer er det veldig enkelt å vite dette tallet. Det er bare nødvendig å vite hvilken gruppe den tilhører, siden alle grunnstoffene i en gruppe har like mange valenselektroner.
- Det er ofte nyttig (selv om det ikke er strengt nødvendig) å ha en ide om de relative elektronegativitetene til hvert atom i formelen. Det viktige her er ikke å vite hvor mye elektronegativitet er verdt, men å vite hvilket grunnstoff som er mer eller mindre elektronegativt enn de andre.
Når denne grunnleggende informasjonen er samlet, fortsetter vi med å beskrive trinnene som er nødvendige for å skrive Lewis-strukturen.
Lewis strukturer trinn for trinn
Trinnene nedenfor kan brukes på alle kjemiske arter, inkludert kovalente eller nøytrale molekylære forbindelser, monoatomiske eller polyatomiske ioner, eller i forlengelsen av ioniske forbindelser som ioniske salter eller oksider.
Trinn 1: Tell det totale antallet valenselektroner.
Lewis-strukturen må inkludere alle valenselektronene til alle grunnstoffene som er tilstede i molekylet, og må sikre at balansen mellom elektriske ladninger er oppfylt. For å finne det totale antallet elektroner, legg til produktet av antall atomer til hvert element i formelen og dets antall valenselektroner, og på slutten trekker du fra den elektriske ladningen, hvis noen. Formelen er:
Eksempel:
Hvis vi skriver Lewis-strukturen til nitrationet (NO 3 – ) som har 1 N, 3 O og en ladning på –1, så er det totale antallet valenselektroner:
Trinn 2: Skriv den grunnleggende strukturen til molekylet.
Dette består i å indikere hvilket atom som vil være forbundet med hvilket annet atom (det som kalles molekylets kobling). Med andre ord vil det grunnleggende skjelettet til molekylet etableres.
Noen generelle regler du bør huske på når du utfører dette trinnet er:
- Sentralatomet er nesten alltid det minst elektronegative av alle.
- Hydrogenatomer går alltid i endene, aldri i sentrum. Det samme gjelder halogenene i de fleste forbindelser der de ikke er bundet til oksygen.
- Mer enn én mulig struktur kan foreslås. Senere blir det bestemt hva som er mest sannsynlig.
Eksempel – Nitrationet
Et illustrerende eksempel på alle trinnene presentert ovenfor er representert av nitrationet, som er et polyatomisk ion dannet av tre oksygener og ett nitrogen forbundet med kovalente bindinger. I dette tilfellet er det minst elektronegative elementet nitrogen, så det plasseres i sentrum, og de tre oksygenene fordeles til sidene:
Trinn 3: Tegn en enkelt kovalent binding mellom alle atomene som er koblet sammen.
Etter dette trinnet begynner forbindelsen å få formen til et molekyl. Sluttbindinger kan bli doble eller trippel, men de starter alle som enkeltbindinger.
nitrat-ion fortsatte
Trinn 4: Fyll ut oktettene med de gjenværende valenselektronene, start med de mest elektronegative.
Etter å ha diskontert elektronene som er en del av bindingene, tilsettes de resterende elektronene parvis rundt de mest elektronegative elementene for å fullføre deres oktetter (med unntak av hydrogen).
nitrat-ion fortsatte
Trinn 5: Lag flere lenker om nødvendig.
Hvis det skjer at på slutten av valenselektronene er et atom igjen med sin ufullstendige oktett, bruk et ikke-delt elektronpar fra et naboatom for å danne en dobbeltbinding eller to par for å danne en trippelbinding om nødvendig.
nitrat-ion fortsatte
Trinn 6: Beregn formelle avgifter (valgfritt).
Når trinn 5 er fullført, tegnes strukturen til molekylet fullstendig. Det gjenstår bare å legge til eventuelle elektriske ladninger. På dette tidspunktet kan du fortsette på to forskjellige måter. Den første er at hvis det er en nettoladning (når det gjelder et ion), omslutter du hele strukturen i hakeparenteser og legger til ladningen som en hevet skrift. Den andre (som er å foretrekke) består i å bestemme den formelle ladningen (CF) på hvert atom i strukturen.
Dette gjøres ved hjelp av følgende formel:
nitrat-ion fortsatte
Når det gjelder nitration, er den formelle ladningen til nitrogenatomet:
De formelle ladningene til de to typene oksygen som er tilstede er:
Etter å ha beregnet de formelle ladningene plasseres disse ved siden av hvert atom som ikke er nøytralt, det verifiseres at summen av alle ladningene resulterer i nettoladningen til ionet (eller null, hvis molekylet er nøytralt). Som du kan se i bildet nedenfor, er summen av alle ladninger +1-2=-1
Eksempel på Lewis-strukturer
Som nevnt ovenfor kan Lewis-strukturer av enhver kjemisk art skrives. Nedenfor er noen eksempler på strukturer av forskjellige typer forbindelser:
Nøytrale molekylære forbindelser – Etylen
Enkle ioniske forbindelser – natriumklorid
Mer komplekse ioniske forbindelser – natriumnitrat og ammoniumnitrat
Referanser
Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR, & O. (2019). Kjemi 2e (2. utg .). :OpenStax .
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). (2014). IUPAC – Lewis-formel (elektronprikk eller Lewis-struktur) (L03513). Hentet fra https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513
