Tabla de Contenidos
Lewis yapıları, onları oluşturan farklı atomların değerlik elektronlarının dağılımına dayanan kimyasal bileşiklerin temsilleridir. Bu yapılar, farklı bileşiklerin yapılarının yanı sıra moleküler geometrilerini hem tahmin etmeye hem de açıklamaya hizmet ederek polarite, çözünürlük, erime ve kaynama noktaları ve diğer önemli özellikler hakkında önemli tahminlere yol açar.
Önceki bir makalede , atomları sekizli kuralını karşılayan bileşiklerin Lewis yapılarını çizmek için ayrıntılı prosedürü zaten ele almıştık . Bu makale, üç farklı nedenden biriyle bu kurala uymayan bileşiklerde Lewis yapılarının nasıl çizileceğini göstermeyi amaçlamaktadır:
- Tek sayıda elektronları vardır.
- Eksik bir sekizlileri var.
- Genişletilmiş sekizlileri var.
Lewis yapılarını çizme prosedürünün gözden geçirilmesi
Lewis yapılarıyla ilgili ilk makalemizde gördüğümüz gibi, bunları çizme prosedürü altı adımdan oluşur. Bu adımların kısa bir özeti takip eder ve çoğu, bazı değişikliklerle birlikte, bileşiğin sekizli kuralına uymadığı durumlarda uygulanır.
- Adım 1: Değerlik elektronlarının toplam sayısını sayın. Bu adım, her türdeki atom sayısının periyodik tablodaki grubundaki değerlik elektronlarının sayısıyla çarpılmasını ve ardından kimyasal türlerin toplam yükünün çıkarılmasını (bir iyon söz konusu olduğunda) içerir.
- Adım 2: Molekülün temel yapısını yazın. Bu, aralarında bağlantı atamak için atomları bölümlemek anlamına gelir. Ortak nokta, en az elektronegatif olan atomun her zaman merkezde (hidrojen olmadığı sürece), en elektronegatif olanların ise çevrede yer almasıdır.
- Adım 3: Birbirine bağlı tüm atomlar arasında tekli kovalent bağlar çizin. Bir kovalent bileşik ise, tüm atomların komşu bir atomla en az bir tek kovalent bağa sahip olması gerekir.
- Adım 4: En elektronegatif olandan başlayarak, kalan valans elektronlarıyla sekizlileri doldurun. Bu adım, ilk önce en yüksek elektronegatifliğe sahip olan elektronları tutma eğilimi en yüksek olan atomlar için oktet kuralını sağlamaya çalışır.
- Adım 5: Gerekirse pi bağları oluşturarak merkez atomun sekizlisini tamamlayın. Elektronegatif atomlar için oktet kuralı ancak bir kez karşılandığında, daha az elektronegatif atomlar için tamamlanmış kabul edilir. Paylaşılacak başka elektron yoksa, bu, komşu bir atomdan bir çift elektronun merkez atomla paylaşılmasıyla sağlanır.
- Adım 6: Resmi ücretleri hesaplayın. Bir Lewis yapısının önemli kararlılık kriterlerinden biri formal yüklerin dağılımıdır. Bu nedenle, her atomun formal yükünün belirlenmesi ve yapı üzerinde çizilmesi her zaman tavsiye edilir. Ek olarak, tüm formal yüklerin toplamı, söz konusu molekülün veya iyonun net yüküne eşit olmalıdır, bu nedenle yapının doğru sayıda değerlik elektronuna sahip olduğunu doğrulamak için kullanışlı bir yoldur. Formal yükü hesaplamak için formül CF=değerlik elektronları – paylaşılmamış elektronlar -1/2 paylaşılan elektronlardır.
Sekizli kuralın istisnaları
Önceki bölümde görülebileceği gibi, bir Lewis yapısı çizilirken, değerlik elektronlarının dağıtılmasında dikkate alınması gereken ana kriterler, elektronegatiflik ve 4. ve 5. adımda doğrulanan sekizli kuralıdır. bu mümkün değildir, örneğin toplam elektron sayısı tek olduğunda, bu da tüm atomların 8 elektronla çevrelenmesini imkansız kılar.
Başka bir benzer durum, değerlik elektronlarının sayısı tüm atomların sekizlisini tamamlamak için yeterli olmadığında ortaya çıkar. Öte yandan, çok fazla değerlik elektronunun olduğu ve oktet kuralını ihlal etmeden uyumlu bir yapının çizilemeyeceği durumlar vardır.
Aşağıda, sekizli kuralının karşılanmadığı Lewis yapılarının üç örneği ve bu gibi durumlarda nasıl ilerleneceği verilmiştir.
tek sayıda elektron
Oktet kuralının yerine getirilemeyeceğinin kabul edildiği en basit durum, tek sayıda elektron olduğunda gerçekleşir. Bu bileşiklerin bir örneği, nitrik oksit (NO) ve nitrojen dioksittir (NO2 ) . Saniyenin Lewis yapısının yukarıda açıklanan adımları izleyerek nasıl çizileceğini görelim:
Aşama 1:
Azotun 5 değerlik elektronu vardır ve oksijenin 6’sı vardır, bu nedenle toplam değerlik elektron sayısı 1 x ( 5 ) + 2 x ( 6 ) = 17 eV’dir.
Görüldüğü gibi elektron sayısı tek olduğundan molekülün üç atomu ile okteti tamamlamak mümkün değildir.
Adım 2:
Nitrojen, oksijenden daha az elektronegatiftir, bu nedenle nitrojenin merkezde iki oksijen atomu ile çevrili olduğu bir yapı düşünülebilir:
Aşama 3:
Şimdi her oksijen ve nitrojen arasına tekli bağlar yerleştiriyoruz.
Adım 4:
Şimdiye kadar iki sigma bağında bulunan sadece 4 değerlik elektronu çizdik. Bu, hala üç atom arasında paylaşacak 13 elektronumuz olduğu anlamına gelir. Önce 12 elektron taşıyan iki oksijenin sekizlisini tamamlarız, böylece sonuncusu nitrojen üzerine yerleştirilir.
Adım 5:
Azotun çevresinde sadece 5 elektron vardır, bu nedenle çok eksik bir oktete sahiptir. Bir sonraki adım, iki oksijenden birinin bir pi bağı oluşturmak için bir çift elektron vermesi ve böylece iki elektrona daha katkıda bulunmasıdır. Bu, nitrojeni 7 elektrona getirirken, her iki oksijen de tam oktete sahiptir.
Tek bağlı oksijenin, eşleşmemiş nitrojen elektronuyla birlikte bu iki atom arasında ikinci bir pi bağı oluşturmak üzere elektronlarından birini verdiği iki ek yapı vardır. Bununla birlikte, bu yapılar, elverişsiz olan nitrojen yerine oksijen atomları üzerinde eşleşmemiş elektrona ve tamamlanmamış oktete sahiptir.
Adım 6:
Resmi yükün hesaplanması, farklı bir elektronik ortama sahip her bir atom için, bu durumda üç atomun tümü için yapılır:
CF Tek bağ oksijen = 6 – 6 – ½ x 2 = -1
CF Oksijen çift bağı = 6 – 4 – ½ x 4 = 0
CF Nitrojen = 5 – 1 – ½ x 6 = +1
Aşağıdaki şekil, nitrojen dioksitin son iki Lewis yapısını göstermektedir.
eksik sekizli
Pek çok bileşik, ya yeterli elektron olmadığı için ya da çok elektronegatif bir atom üzerinde pozitif bir yük sağlayacağı için okteti tamamlamanın elverişsiz olduğu için okteti tamamlamayan bir atoma sahiptir. Birinci durumun tipik bir örneği borandır (BH3 ) ve ikinci durum boron triflorürdür (BF3 ) .
Tamamlamak için yeterli elektrona sahip olmasına rağmen tamamlanmamış bir sekizliye sahip yapıları göstermek için saniyenin Lewis yapısının nasıl inşa edildiğini görelim.
Aşama 1:
Florin 7 değerlik elektronu vardır ve borun 3 tane vardır, dolayısıyla toplam değerlik elektron sayısı 3 x ( 7 ) + 1 x ( 3 ) = 24 eV’dir.
Adım 2:
Bor, flordan daha az elektronegatiftir, bu nedenle borun merkezde üç flor atomuyla çevrili olduğu bir yapı önerilmiştir:
Aşama 3:
Şimdi her flor ve bor arasına tekli bağlar yerleştiriyoruz.
Adım 4:
Hala paylaşılacak 18 değerlik elektronumuz var (6 tanesi tekli bağda olduğu için). Bunları, sekizliyi en elektronegatif olan üç flor atomuna tamamlamak için kullanıyoruz.
Adım 5:
Görüldüğü gibi, flor atomlarının tümü tam oktete sahiptir, ancak bor yoktur. Bu adımda, bir pi bağı oluşturmak için üç flor atomunun herhangi birinden ortaklanmamış bir elektron çifti almalıyız. Bu, üç rezonans yapısıyla sonuçlanacaktır:
Her üç rezonans yapısında da, istenen ve 5. adımın amacı olan mevcut tüm atomlar için oktet karşılanmıştır. Ancak bir sonraki adımda, henüz ele almadığımız önemli bir sorun ortaya çıkar.
Adım 6:
Farklı elektronik ortamlara sahip üç farklı atom türü vardır, bunlardan ikisi flor ve üçüncüsü bor atomudur:
CF Tek bağ flor = 7 – 6 – ½ x 1 = 0
CF Flor çift bağı = 7 – 4 – ½ x 4 = +1
CF Bor = 3 – 0 – ½ x 8 = -1
Aşağıdaki şekil, resmi yüklerle birlikte üç rezonans yapısını göstermektedir.
Bu yapılarla ilgili sorun, borun negatif bir yüke sahipken hepsinin kısmi pozitif yüklü bir flor atomuna sahip olmasıdır. Florun periyodik tablodaki en elektronegatif element olduğu düşünüldüğünde, borun floru pozitif yüklü bırakacak kadar elektron yoğunluğunu çıkarabilmesi çok zordur.
Bu nedenle, bu üç rezonans yapısının hiçbirinin BF3’ü yeterince temsil etme şansı yoktur . Sonuç olarak, doğru yapının 3. adımda çizdiğimiz, tamamlanmamış okteti olan bir boru olan yapı olması çok daha olasıdır.
genişletilmiş sekizli
Elektronegatifliklerdeki ve formal yüklerdeki farklılıkların, tamamlanmamış sekizli yapıları bu kurala uyan yapılara tercih ettirdiği durumlar olduğu gibi, aynı şey ters yönde de olabilir. Bazen bir bileşikte, tüm atomların 3. adımdan sonra oktet kuralını takip ettiği olur, ancak formal yükleri hesaplarken, ek pi bağları oluşturarak hafifletilebilen ve böylece bileşiği çevreleyen büyük bir yük ayrımı görürüz. 8’den fazla elektron.
Sekizli kuralının bu tür ihlali, yalnızca üçüncü periyottan itibaren elementlerde meydana gelebilir, çünkü sekizlisini genişletmenin tek yolu, atomun fazladan elektronları barındırabileceği boş atomik orbitallere sahip olmasıdır. Bu yalnızca değerlik kabuğunda d orbitallerini boşaltmış atomlar için olur ve kuantum sayılarının kurallarına göre bu yalnızca değerlik kabuğu üçüncü enerji düzeyinde veya daha yüksek olan elementler için mümkündür.
Bu durumun tipik bir örneği sülfat iyonudur (SO 4 2- ). Bu durumda, hem oksijen hem de sülfürün her biri 6 değerlik elektronuna sahiptir, dolayısıyla toplam elektron sayısı 5 x ( 6 ) – (–2) = 32 eV’dir , burada iyonun yükü çıkarılır, yani – 2’dir.
Bu iyonun yapısını oluşturmak için 6 adımı harfiyen takip edersek, aşağıdakileri elde ederiz:
Bu yapıdaki tüm atomların oktet kuralına uymasına rağmen, en önemli sorun, biçimsel yükler arasındaki ayrımın çok büyük olmasıdır. Aslında, yalnızca tüm atomların sıfır olmayan formal yükleri yoktur, aynı zamanda merkezi kükürt atomunun da +2 yükü vardır. Bütün bunlar, bu yapıyı oldukça istikrarsız hale getiriyor.
Ancak kükürt üçüncü periyoda ait olduğu için boş 3 boyutlu orbitalleri sayesinde sekizlisini genişletme olanağına sahip olduğu düşünülürse bu sorun kolayca çözülebilir. Bugün, sülfat iyonunun gerçek yapısının, aşağıdaki yapılarda gösterildiği gibi, sülfürün oksijen atomlarıyla iki çift ve iki tek bağ oluşturduğu, öne sürülebilen tüm farklı Lewis yapıları arasındaki rezonans hibriti olduğu kabul edilmektedir:
Referanslar
Brown, T. (2021). Kimya: Merkezi Bilim (11. baskı). Londra, İngiltere: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ve Herranz, ZR (2020). Kimya (10. baskı). New York, NY: MCGRAW-HILL.
Sekizli Kuralın İstisnaları. (2021, 16 Haziran). https://chem.libretexts.org/@go/page/25290 adresinden alındı
Kol, ABP (1972). Lewis yapıları ve sekizli kuralı. Kanonik formlar yazmak için otomatik bir prosedür. Journal of Chemical Education , 49 (12), 819. Erişim noktası: https://sci-hub.do/https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed049p819
lümen. (son). Sekizli Kuralın İstisnaları | Anadal Olmayanlar için Kimya. https://courses.lumenlearning.com/cheminter/chapter/exceptions-to-the-octet-rule/ adresinden alındı.
Mott, V. (sonrası). Tek Elektron Molekülleri | Kimyaya Giriş. https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/odd-electron-molecules/ adresinden alındı.
