Tabla de Contenidos
Struktury Lewisa to reprezentacje cząsteczek i związków jonowych, które pokazują rozkład elektronów walencyjnych w tych substancjach, a także sposób, w jaki atomy dzielą te elektrony, tworząc wiązania chemiczne. Opierają się one na symbolach kropek Lewisa, a także konfiguracji elektronicznej każdego pierwiastka wchodzącego w skład związku.
W strukturach Lewisa wiązania kowalencyjne są reprezentowane przez linie, z których każda reprezentuje wiążącą parę elektronów, podczas gdy niewspólne elektrony są reprezentowane jako kropki rozmieszczone wokół każdego atomu, w taki sam sposób, jak w przypadku symboli kropek Lewisa.
Struktury te pozwalają nam podać bardzo uproszczony pierwszy opis wiązania chemicznego między dwoma atomami. Ze struktury Lewisa związku można wyciągnąć wnioski na temat kształtu i geometrii cząsteczki, a także wyjaśnić właściwości substancji, takie jak polarność, temperatury topnienia i wrzenia, a nawet reaktywność chemiczną.
Tego typu reprezentacje są szczególnie przydatne w chemii organicznej, gdzie pozwalają nam wyraźnie zaobserwować zmiany zachodzące w rozkładzie elektronów podczas reakcji chemicznej, co z kolei pozwala nam wyjaśnić mechanizmy, dzięki którym zachodzą reakcje chemiczne.
Elementy składające się na strukturę Lewisa
Jak wspomniano powyżej, struktury Lewisa są oparte na symbolach kropek Lewisa. Są one zapisywane zaczynając od chemicznego symbolu danego atomu, a następnie rysując elektrony walencyjne rozmieszczone wokół niego w postaci kropek.
W strukturze Lewisa elektrony, które nie są wspólne dla dwóch atomów, są reprezentowane jako punkty znajdujące się powyżej lub poniżej symbolu chemicznego lub po jednej z jego dwóch stron, w zależności od przypadku.
Z drugiej strony każda para elektronów, która jest częścią wiązania kowalencyjnego, jest reprezentowana w strukturze Lewisa przez ciągłą linię łączącą środek dwóch związanych atomów.
Ale jak narysować strukturę Lewisa? Okazuje się, że jest to o wiele prostsze, niż się wydaje, i wymaga jedynie wykonania serii uporządkowanych kroków i zastosowania odrobiny zdrowego rozsądku w razie potrzeby.
Zasady rysowania struktury Lewisa
Aby ułatwić pisanie struktur Lewisa, przed rozpoczęciem powinieneś mieć pewne podstawowe informacje:
- Wzór cząsteczkowy związku , którego strukturę chcesz narysować, łącznie z ładunkiem elektrycznym, jeśli jest to jon. Na przykład, jeśli chcemy napisać strukturę Lewisa jonu azotanowego, to musimy wiedzieć, że jego wzór to NO 3 – .
- Liczba elektronów walencyjnych każdego z atomów występujących we wzorze cząsteczkowym musi być znana . Na przykład azot jest pierwiastkiem, który ma 5 elektronów walencyjnych, podczas gdy tlen ma 6. W przypadku reprezentatywnych pierwiastków poznanie tej liczby jest bardzo łatwe. Trzeba tylko wiedzieć, do której grupy należy, ponieważ wszystkie pierwiastki w grupie mają taką samą liczbę elektronów walencyjnych.
- Często pomocne (choć nie jest to absolutnie konieczne) jest wyobrażenie o względnych elektroujemnościach każdego atomu we wzorze. Ważną rzeczą tutaj nie jest wiedzieć, ile warta jest elektroujemność, ale wiedzieć, który pierwiastek jest mniej lub bardziej elektroujemny niż inne.
Po zebraniu tych podstawowych informacji przystępujemy do opisywania kroków niezbędnych do napisania struktury Lewisa.
Struktury Lewisa krok po kroku
Poniższe etapy można zastosować do dowolnych związków chemicznych, w tym kowalencyjnych lub obojętnych związków cząsteczkowych, jonów jednoatomowych lub wieloatomowych lub, co za tym idzie, związków jonowych, takich jak sole jonowe lub tlenki.
Krok 1: Policz całkowitą liczbę elektronów walencyjnych.
Struktura Lewisa musi obejmować wszystkie elektrony walencyjne wszystkich pierwiastków obecnych w cząsteczce i musi zapewniać równowagę ładunków elektrycznych. Aby znaleźć całkowitą liczbę elektronów, po prostu dodaj iloczyn liczby atomów każdego pierwiastka we wzorze i jego liczby elektronów walencyjnych, a na koniec odejmij ładunek elektryczny, jeśli taki istnieje. Formuła to:
Przykład:
Jeśli piszemy strukturę Lewisa jonu azotanowego (NO 3 – ), który ma 1 N, 3 O i ładunek –1, to całkowita liczba elektronów walencyjnych wynosi:
Krok 2: Napisz podstawową strukturę cząsteczki.
Polega to na wskazaniu, który atom będzie połączony z którym innym atomem (co nazywa się łącznością cząsteczki). Innymi słowy, podstawowy szkielet cząsteczki zostanie ustalony.
Oto kilka ogólnych zasad, o których należy pamiętać podczas wykonywania tego kroku:
- Centralny atom jest prawie zawsze najmniej elektroujemny ze wszystkich.
- Atomy wodoru zawsze znajdują się na końcach, nigdy w środku. To samo dotyczy halogenów w większości związków, w których nie są one związane z tlenem.
- Można zaproponować więcej niż jedną możliwą strukturę. Później ustala się, co jest bardziej prawdopodobne.
Przykład – jon azotanowy
Ilustrujący przykład wszystkich przedstawionych powyżej etapów jest reprezentowany przez jon azotanowy, który jest jonem wieloatomowym utworzonym z trzech atomów tlenu i jednego azotu połączonych ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. W tym przypadku najmniej elektroujemnym pierwiastkiem jest azot, więc jest on umieszczony w środku, a trzy atomy tlenu są rozłożone na boki:
Krok 3: Narysuj pojedyncze wiązanie kowalencyjne między wszystkimi atomami, które są ze sobą połączone.
Po tym etapie związek zaczyna nabierać kształtu cząsteczki. Wiązania końcowe mogą stać się podwójne lub potrójne, ale wszystkie zaczynają się jako wiązania pojedyncze.
jon azotanowy kontynuowany
Krok 4: Wypełnij oktety pozostałymi elektronami walencyjnymi, zaczynając od najbardziej elektroujemnego.
Po odliczeniu elektronów wchodzących w skład wiązań, pozostałe elektrony są dodawane parami wokół pierwiastków najbardziej elektroujemnych, aby uzupełnić ich oktety (z wyjątkiem wodoru).
jon azotanowy kontynuowany
Krok 5: W razie potrzeby utwórz wiele linków.
Jeśli zdarzy się, że na końcu elektronów walencyjnych zostanie jakiś atom ze swoim niepełnym oktetem, użyj niewspólnej pary elektronów z sąsiedniego atomu, aby utworzyć wiązanie podwójne lub dwie pary, aby utworzyć wiązanie potrójne, jeśli to konieczne.
jon azotanowy kontynuowany
Krok 6: Oblicz opłaty formalne (opcjonalnie).
Po zakończeniu kroku 5 struktura cząsteczki jest całkowicie narysowana. Pozostaje tylko dodać ewentualne ładunki elektryczne. W tym momencie możesz postępować na dwa różne sposoby. Po pierwsze, jeśli istnieje ładunek netto (w przypadku jonu), umieszczasz całą strukturę w nawiasach kwadratowych i dodajesz ładunek jako indeks górny. Druga (korzystna) polega na wyznaczeniu ładunku formalnego (CF) na każdym atomie struktury.
Odbywa się to za pomocą następującej formuły:
jon azotanowy kontynuowany
W przypadku jonu azotanowego ładunek formalny atomu azotu wynosi:
Formalne ładunki dwóch rodzajów obecnego tlenu to:
Po obliczeniu ładunków formalnych umieszcza się je obok każdego atomu, który nie jest obojętny, sprawdza się, czy suma wszystkich ładunków daje wypadkowy ładunek jonu (lub zero, jeśli cząsteczka jest obojętna). Jak widać na poniższym obrazku, suma wszystkich ładunków wynosi +1-2=-1
Przykład struktur Lewisa
Jak wspomniano powyżej, można zapisać struktury Lewisa dowolnego gatunku chemicznego. Poniżej przedstawiono kilka przykładów struktur różnych rodzajów związków:
Neutralne związki molekularne – etylen
Proste związki jonowe – chlorek sodu
Bardziej złożone związki jonowe – azotan sodu i azotan amonu
Bibliografia
Kwiaty, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR i O. (2019). Chemia 2e ( wyd . 2). :OpenStax .
Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC). (2014). IUPAC – wzór Lewisa (kropka elektronowa lub struktura Lewisa) (L03513). Pobrane z https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513
