Cum să desenezi structuri Lewis sau structuri cu puncte electronice

Structurile Lewis sunt reprezentări ale moleculelor și compușilor ionici care arată distribuția electronilor de valență în aceste substanțe, precum și modul în care atomii împart acești electroni pentru a forma legături chimice. Ele se bazează pe simbolurile cu puncte Lewis, precum și pe configurația electronică a fiecărui element care face parte din compus.

În structurile Lewis, legăturile covalente sunt reprezentate prin linii, fiecare dintre acestea reprezentând o pereche de electroni de legătură, în timp ce electronii neîmpărțiți sunt reprezentați ca puncte situate în jurul fiecărui atom, în același mod în care se face cu simbolurile cu puncte Lewis.

Aceste structuri ne permit să oferim o primă descriere foarte simplificată a legăturii chimice dintre doi atomi. Din structura Lewis a unui compus, se pot trage concluzii despre forma și geometria moleculară, precum și explicarea proprietăților substanțelor precum polaritatea, punctele de topire și de fierbere și chiar reactivitatea chimică.

Aceste tipuri de reprezentări sunt deosebit de utile în chimia organică, unde ne permit să observăm clar modificările care apar în distribuția electronilor atunci când are loc o reacție chimică, ceea ce, la rândul său, ne permite să elucidam mecanismele prin care au loc reacțiile chimice.

Elemente care alcătuiesc o structură Lewis

După cum sa menționat mai sus, structurile Lewis se bazează pe simboluri cu puncte Lewis. Acestea sunt scrise începând cu simbolul chimic al atomului în cauză și apoi desenând electronii de valență distribuiți în jurul acestuia sub formă de puncte.

Într-o structură Lewis, electronii care nu sunt împărțiți între doi atomi sunt reprezentați ca puncte situate deasupra sau sub simbolul chimic sau pe oricare dintre cele două laturi ale acestuia, după caz.

Fiecare pereche de electroni care face parte dintr-o legătură covalentă, pe de altă parte, este reprezentată într-o structură Lewis printr-o linie continuă care leagă centrul celor doi atomi legați.

Dar cum desenezi o structură Lewis? Acest lucru se dovedește a fi mult mai simplu decât pare și presupune doar urmarea unei serii de pași ordonați și aplicarea unui pic de bun simț atunci când este necesar.

Reguli pentru desenarea structurii Lewis

Pentru a facilita scrierea structurilor Lewis, ar trebui să aveți câteva informații de fundal înainte de a începe:

• Formula moleculară a compusului a cărui structură doriți să o desenați, inclusiv sarcina electrică, în cazul în care este un ion. De exemplu, dacă vrem să scriem structura Lewis a ionului de nitrat, atunci este necesar să știm că formula acestuia este NO ₃ ^– .
• Trebuie cunoscut numărul de electroni de valență ai fiecăruia dintre atomii prezenți în formula moleculară . De exemplu, azotul este un element care are 5 electroni de valență, în timp ce oxigenul are 6. Pentru elementele reprezentative, cunoașterea acestui număr este foarte ușor. Este necesar doar să știm căreia îi aparține, deoarece toate elementele dintr-un grup au același număr de electroni de valență.
• Este adesea util (deși nu este strict necesar) să aveți o idee despre electronegativitățile relative ale fiecărui atom din formulă. Important aici nu este să știi cât valorează electronegativitatea, ci să știi care element este mai mult sau mai puțin electronegativ decât celelalte.

Odată adunate aceste informații de bază, trecem la descrierea pașilor necesari pentru a scrie structura Lewis.

Lewis structurează pas cu pas

Etapele de mai jos pot fi aplicate oricărei specii chimice, inclusiv compuși moleculari covalenti sau neutri, ioni monoatomici sau poliatomici sau, prin extensie, compuși ionici cum ar fi sărurile sau oxizii ionici.

Pasul 1: Numărați numărul total de electroni de valență.

Structura Lewis trebuie să includă toți electronii de valență ai tuturor elementelor prezente în moleculă și trebuie să se asigure că echilibrul sarcinilor electrice este îndeplinit. Pentru a afla numărul total de electroni, pur și simplu adăugați produsul dintre numărul de atomi ai fiecărui element din formulă și numărul său de electroni de valență și, la sfârșit, scădeți sarcina electrică, dacă există. Formula este:

Exemplu:

Dacă scriem structura Lewis a ionului azotat (NO ₃ ^– ) care are 1 N, 3 O și o sarcină de –1, atunci numărul total de electroni de valență este:

Pasul 2: Scrieți structura fundamentală a moleculei.

Aceasta constă în a indica ce atom va fi conectat cu ce alt atom (ceea ce se numește conectivitatea moleculei). Cu alte cuvinte, se va stabili scheletul de bază al moleculei.

Câteva reguli generale de care trebuie să țineți cont atunci când efectuați acest pas sunt:

• Atomul central este aproape întotdeauna cel mai puțin electronegativ dintre toți.
• Atomii de hidrogen merg întotdeauna la capete, niciodată în centru. Același lucru este valabil și pentru halogenii din majoritatea compușilor unde nu sunt legați de oxigen.
• Pot fi propuse mai multe structuri posibile. Ulterior se stabilește care este mai probabil.

Exemplu – Ionul nitrat

Un exemplu ilustrativ al tuturor etapelor prezentate mai sus este reprezentat de ionul nitrat, care este un ion poliatomic format din trei oxigeni și un azot uniți prin legături covalente. În acest caz, elementul cel mai puțin electronegativ este azotul, deci este plasat în centru, iar cei trei oxigeni sunt distribuiți în lateral:

Pasul 3: Desenați o singură legătură covalentă între toți atomii care sunt legați între ei.

După acest pas, compusul începe să capete forma unei molecule. Legăturile finale pot deveni duble sau triple, dar toate încep ca legături simple.

ion nitrat a continuat

Pasul 4: Completați octeții cu electronii de valență rămași, începând cu cei mai electronegativi.

După decontarea electronilor care fac parte din legături, electronii rămași sunt adăugați în perechi în jurul elementelor cele mai electronegative pentru a-și completa octeții (cu excepția hidrogenului).

ion nitrat a continuat

Pasul 5: Formați mai multe linkuri dacă este necesar.

Dacă se întâmplă ca la sfârșitul electronilor de valență un atom să rămână cu octetul său incomplet, utilizați o pereche de electroni neîmpărțiți de la un atom vecin pentru a forma o legătură dublă sau două perechi pentru a forma o legătură triplă, dacă este necesar.

ion nitrat a continuat

Pasul 6: Calculați taxele formale (opțional).

Odată ce pasul 5 este finalizat, structura moleculei este complet desenată. Rămâne doar să adăugați încărcăturile electrice dacă există. În acest moment, puteți proceda în două moduri diferite. Primul este că, dacă există o sarcină netă (în cazul unui ion), includeți întreaga structură între paranteze drepte și adăugați sarcina ca superscript. Al doilea (care este de preferat) constă în determinarea sarcinii formale (CF) pe fiecare atom al structurii.

Acest lucru se realizează prin următoarea formulă:

ion nitrat a continuat

În cazul ionului nitrat, sarcina formală a atomului de azot este:

Sarcinile formale ale celor două tipuri de oxigen prezente sunt:

După calcularea sarcinilor formale, acestea sunt plasate lângă fiecare atom care nu este neutru, se verifică că din suma tuturor sarcinilor rezultă sarcina netă a ionului (sau zero, dacă molecula este neutră). După cum se poate vedea în imaginea următoare, suma tuturor taxelor este +1-2=-1

Exemplu de structuri Lewis

După cum sa menționat mai sus, structurile Lewis ale oricărei specii chimice pot fi scrise. Mai jos sunt câteva exemple de structuri ale diferitelor tipuri de compuși:

Compuși moleculari neutri – etilenă

Compuși ionici simpli – clorură de sodiu

Compuși ionici mai complecși – nitrat de sodiu și azotat de amoniu

Referințe

Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR și O. (2019). Chimie 2e ( ^ed . a 2-a). :OpenStax .

Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC). (2014). IUPAC – Formula Lewis (punct de electroni sau structură Lewis) (L03513). Preluat de la https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513