Tabla de Contenidos
Lewis-strukturer är representationer av molekyler och jonföreningar som visar fördelningen av valenselektroner i dessa ämnen samt det sätt på vilket atomer delar dessa elektroner för att bilda kemiska bindningar. De är baserade på Lewis-punktsymbolerna, såväl som den elektroniska konfigurationen av varje element som är en del av föreningen.
I Lewis-strukturer representeras kovalenta bindningar av linjer, som var och en representerar ett bindande elektronpar, medan odelade elektroner representeras som prickar placerade runt varje atom, på samma sätt som görs med Lewis-punktsymboler.
Dessa strukturer tillåter oss att ge en mycket förenklad första beskrivning av den kemiska bindningen mellan två atomer. Från Lewis-strukturen hos en förening kan man dra slutsatser om formen och molekylär geometri, samt förklara egenskaper hos ämnen som polaritet, smält- och kokpunkter, och även kemisk reaktivitet.
Dessa typer av representationer är särskilt användbara inom organisk kemi, där de tillåter oss att tydligt observera de förändringar som sker i fördelningen av elektroner när en kemisk reaktion inträffar, vilket i sin tur gör att vi kan belysa de mekanismer genom vilka kemiska reaktioner inträffar.
Element som utgör en Lewis-struktur
Som nämnts ovan är Lewis-strukturer baserade på Lewis-punktsymboler. Dessa är skrivna med början med den kemiska symbolen för atomen i fråga, och sedan ritar valenselektronerna fördelade runt den i form av prickar.
I en Lewis-struktur representeras elektronerna som inte delas mellan två atomer som punkter som ligger ovanför eller under den kemiska symbolen, eller till någon av dess två sidor, allt efter omständigheterna.
Varje elektronpar som är en del av en kovalent bindning, å andra sidan, representeras i en Lewis-struktur av en heldragen linje som förbinder mitten av de två bundna atomerna.
Men hur ritar man en Lewis-struktur? Detta visar sig vara mycket enklare än det verkar, och det innebär bara att följa en rad ordnade steg och tillämpa lite sunt förnuft när det behövs.
Regler för att rita Lewis-strukturen
För att göra det lättare att skriva Lewis-strukturer bör du ha lite bakgrundsinformation innan du börjar:
- Molekylformeln för föreningen vars struktur du vill rita, inklusive den elektriska laddningen, om det är en jon. Till exempel, om vi vill skriva Lewis-strukturen för nitratjonen, då är det nödvändigt att veta att dess formel är NO 3 – .
- Antalet valenselektroner för var och en av atomerna som finns i molekylformeln måste vara känt . Till exempel är kväve ett grundämne som har 5 valenselektroner, medan syre har 6. För representativa grundämnen är det mycket lätt att veta detta nummer. Det är bara nödvändigt att veta vilken grupp den tillhör, eftersom alla element inom en grupp har samma antal valenselektroner.
- Det är ofta användbart (även om det inte är strikt nödvändigt) att ha en uppfattning om de relativa elektronegativiteterna för varje atom i formeln. Det viktiga här är inte att veta hur mycket elektronegativitet är värt, utan att veta vilket element som är mer eller mindre elektronegativt än de andra.
När denna grundläggande information har samlats in, fortsätter vi att beskriva de steg som krävs för att skriva Lewis-strukturen.
Lewis strukturerar steg för steg
Stegen nedan kan tillämpas på vilken kemisk art som helst, inklusive kovalenta eller neutrala molekylära föreningar, monoatomiska eller polyatomära joner, eller i förlängningen joniska föreningar såsom joniska salter eller oxider.
Steg 1: Räkna det totala antalet valenselektroner.
Lewis-strukturen måste inkludera alla valenselektroner för alla element som finns i molekylen och måste säkerställa att balansen mellan elektriska laddningar är uppfylld. För att hitta det totala antalet elektroner, addera helt enkelt produkten av antalet atomer av varje grundämne i formeln och dess antal valenselektroner, och, i slutet, subtrahera den elektriska laddningen, om någon. Formeln är:
Exempel:
Om vi skriver Lewis-strukturen för nitratjonen (NO 3 – ) som har 1 N, 3 O och en laddning på –1, så är det totala antalet valenselektroner:
Steg 2: Skriv den grundläggande strukturen för molekylen.
Detta består i att indikera vilken atom som kommer att vara kopplad till vilken annan atom (det som kallas molekylens kopplingsförmåga). Med andra ord kommer grundskelettet för molekylen att etableras.
Några allmänna regler att tänka på när du utför detta steg är:
- Den centrala atomen är nästan alltid den minst elektronegativa av alla.
- Väteatomer går alltid i ändarna, aldrig i mitten. Detsamma gäller halogenerna i de flesta föreningar där de inte är bundna till syre.
- Mer än en möjlig struktur kan föreslås. Senare avgörs vilket som är mer troligt.
Exempel – Nitratjonen
Ett illustrativt exempel på alla steg som presenteras ovan representeras av nitratjonen, som är en polyatomisk jon som bildas av tre syreämnen och ett kväve som är förenade med kovalenta bindningar. I det här fallet är det minst elektronegativa elementet kväve, så det placeras i mitten och de tre syrgaserna fördelas till sidorna:
Steg 3: Rita en enda kovalent bindning mellan alla atomer som är sammanlänkade.
Efter detta steg börjar föreningen få formen av en molekyl. Slutbindningar kan bli dubbel- eller trippelbindningar, men de börjar alla som enkelbindningar.
nitratjon fortsatte
Steg 4: Fyll i oktetterna med de återstående valenselektronerna, börja med de mest elektronegativa.
Efter diskontering av elektronerna som är en del av bindningarna, läggs de återstående elektronerna till i par runt de mest elektronegativa elementen för att fullborda deras oktetter (med undantag för väte).
nitratjon fortsatte
Steg 5: Skapa flera länkar om det behövs.
Om det händer att i slutet av valenselektronerna finns någon atom kvar med sin ofullständiga oktett, använd ett odelat elektronpar från en angränsande atom för att bilda en dubbelbindning eller två par för att bilda en trippelbindning om det behövs.
nitratjon fortsatte
Steg 6: Beräkna formella avgifter (valfritt).
När steg 5 är slutfört, är strukturen av molekylen helt ritad. Det återstår bara att lägga till eventuella elektriska laddningar. Vid det här laget kan du gå vidare på två olika sätt. Den första är att om det finns en nettoladdning (när det gäller en jon) omsluter man hela strukturen inom hakparenteser och lägger till laddningen som en upphöjd. Den andra (som är att föredra) består i att bestämma den formella laddningen (CF) på varje atom i strukturen.
Detta görs med hjälp av följande formel:
nitratjon fortsatte
När det gäller nitratjonen är kväveatomens formella laddning:
De formella laddningarna för de två typerna av syre som finns är:
Efter att ha beräknat de formella laddningarna placeras dessa bredvid varje atom som inte är neutral, det verifieras att summan av alla laddningar resulterar i jonens nettoladdning (eller noll, om molekylen är neutral). Som kan ses i följande bild är summan av alla avgifter +1-2=-1
Exempel på Lewis-strukturer
Som nämnts ovan kan Lewis-strukturer av vilken kemisk art som helst skrivas. Nedan följer några exempel på strukturer av olika typer av föreningar:
Neutrala molekylära föreningar – Eten
Enkla joniska föreningar – natriumklorid
Mer komplexa joniska föreningar – natriumnitrat och ammoniumnitrat
Referenser
Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR, & O. (2019). Chemistry 2e (2: a upplagan ). :OpenStax .
International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). (2014). IUPAC – Lewis-formel (elektronpunkt eller Lewis-struktur) (L03513). Hämtad från https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513
