Tabla de Contenidos
Cấu trúc Lewis là biểu diễn của các phân tử và hợp chất ion thể hiện sự phân bố của các electron hóa trị trong các chất này cũng như cách các nguyên tử chia sẻ các electron này để hình thành liên kết hóa học. Chúng dựa trên các ký hiệu chấm Lewis, cũng như cấu hình điện tử của từng nguyên tố là một phần của hợp chất.
Trong các cấu trúc Lewis, liên kết cộng hóa trị được biểu diễn bằng các đường, mỗi đường biểu thị một cặp electron liên kết, trong khi các electron không chia sẻ được biểu thị dưới dạng các chấm nằm xung quanh mỗi nguyên tử, giống như cách được thực hiện với các ký hiệu chấm Lewis.
Những cấu trúc này cho phép chúng ta đưa ra một mô tả đầu tiên rất đơn giản về liên kết hóa học giữa hai nguyên tử. Từ cấu trúc Lewis của hợp chất, có thể rút ra kết luận về hình dạng và hình học phân tử, cũng như giải thích các tính chất của chất như tính phân cực, điểm nóng chảy và điểm sôi, thậm chí cả khả năng phản ứng hóa học.
Những kiểu biểu diễn này đặc biệt hữu ích trong hóa học hữu cơ, nơi chúng cho phép chúng ta quan sát rõ ràng những thay đổi xảy ra trong sự phân bố electron khi xảy ra phản ứng hóa học, từ đó cho phép chúng ta làm sáng tỏ cơ chế xảy ra phản ứng hóa học.
Các yếu tố tạo nên cấu trúc Lewis
Như đã đề cập ở trên, cấu trúc Lewis dựa trên các ký hiệu dấu chấm Lewis. Chúng được viết bắt đầu bằng ký hiệu hóa học của nguyên tử được đề cập, sau đó vẽ các electron hóa trị phân bố xung quanh nó dưới dạng các dấu chấm.
Trong cấu trúc Lewis, các electron không dùng chung giữa hai nguyên tử được biểu diễn dưới dạng các điểm nằm bên trên hoặc bên dưới ký hiệu hóa học, hoặc ở một trong hai bên của nó, tùy từng trường hợp.
Mặt khác, mỗi cặp electron là một phần của liên kết cộng hóa trị được thể hiện trong cấu trúc Lewis bằng một đường liền nét nối tâm của hai nguyên tử được liên kết.
Nhưng làm thế nào để bạn vẽ một cấu trúc Lewis? Điều này hóa ra lại đơn giản hơn nhiều so với vẻ ngoài của nó, và nó chỉ liên quan đến việc tuân theo một loạt các bước được sắp xếp theo thứ tự và áp dụng một chút lẽ thường khi cần thiết.
Quy tắc vẽ cấu trúc Lewis
Để viết các cấu trúc Lewis dễ dàng hơn, bạn nên có một số thông tin cơ bản trước khi bắt đầu:
- Công thức phân tử của hợp chất mà bạn muốn vẽ cấu trúc, bao gồm cả điện tích, trong trường hợp đó là ion. Ví dụ, nếu chúng ta muốn viết cấu trúc Lewis của ion nitrat, thì cần phải biết rằng công thức của nó là NO 3 – .
- Cần phải biết số lượng electron hóa trị của mỗi nguyên tử có trong công thức phân tử . Ví dụ, nitơ là nguyên tố có 5 electron hóa trị, trong khi oxy có 6. Đối với các nguyên tố đại diện, việc biết con số này rất dễ dàng. Chỉ cần biết nó thuộc nhóm nào, vì tất cả các nguyên tố trong một nhóm đều có cùng số electron hóa trị.
- Nó thường hữu ích (mặc dù không thực sự cần thiết) để có một ý tưởng về độ âm điện tương đối của mỗi nguyên tử trong công thức. Điều quan trọng ở đây không phải là biết độ âm điện trị giá bao nhiêu mà là biết nguyên tố nào có độ âm điện lớn hơn hay kém hơn các nguyên tố còn lại.
Khi thông tin cơ bản này được thu thập, chúng tôi tiến hành mô tả các bước cần thiết để viết cấu trúc Lewis.
cấu trúc Lewis từng bước
Các bước dưới đây có thể được áp dụng cho bất kỳ loại hóa chất nào, bao gồm các hợp chất phân tử cộng hóa trị hoặc trung tính, các ion đơn nguyên tử hoặc đa nguyên tử hoặc bằng cách mở rộng các hợp chất ion như muối ion hoặc oxit.
Bước 1: Đếm tổng số electron hóa trị.
Cấu trúc Lewis phải bao gồm tất cả các electron hóa trị của tất cả các nguyên tố có trong phân tử và phải đảm bảo thực hiện cân bằng điện tích. Để tìm tổng số electron, chỉ cần thêm tích của số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong công thức và số electron hóa trị của nó, cuối cùng, trừ đi điện tích, nếu có. Công thức là:
Ví dụ:
Nếu chúng ta viết cấu trúc Lewis của ion nitrat (NO 3 – ) có 1 N, 3 O và điện tích –1, thì tổng số electron hóa trị là:
Bước 2: Viết công thức cấu tạo cơ bản của phân tử.
Điều này bao gồm việc chỉ ra nguyên tử nào sẽ được kết nối với nguyên tử nào khác (cái được gọi là khả năng kết nối của phân tử). Nói cách khác, bộ khung cơ bản của phân tử sẽ được thiết lập.
Một số quy tắc chung cần ghi nhớ khi thực hiện bước này là:
- Nguyên tử trung tâm hầu như luôn có độ âm điện nhỏ nhất trong tất cả.
- Nguyên tử hydro luôn đi về phía cuối, không bao giờ ở trung tâm. Điều này cũng đúng với các halogen trong hầu hết các hợp chất mà chúng không liên kết với oxy.
- Nhiều hơn một cấu trúc có thể có thể được đề xuất. Sau đó, nó được xác định là có thể xảy ra hơn.
Ví dụ – Ion nitrat
Một ví dụ minh họa của tất cả các bước được trình bày ở trên được đại diện bởi ion nitrat, là một ion đa nguyên tử được hình thành bởi ba oxy và một nitơ liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Trong trường hợp này, nguyên tố có độ âm điện nhỏ nhất là nitơ, do đó, nó được đặt ở trung tâm và ba oxy được phân phối sang hai bên:
Bước 3: Vẽ một liên kết cộng hóa trị duy nhất giữa tất cả các nguyên tử được liên kết với nhau.
Sau bước này, hợp chất bắt đầu có hình dạng của một phân tử. Liên kết cuối có thể trở thành gấp đôi hoặc gấp ba, nhưng tất cả chúng đều bắt đầu dưới dạng liên kết đơn.
ion nitrat tiếp tục
Bước 4: Điền vào các octet với các electron hóa trị còn lại, bắt đầu với độ âm điện lớn nhất.
Sau khi chiết khấu các electron là một phần của liên kết, các electron còn lại được thêm vào theo cặp xung quanh các nguyên tố có độ âm điện lớn nhất để hoàn thành các octet của chúng (ngoại trừ hydro).
ion nitrat tiếp tục
Bước 5: Hình thành nhiều liên kết nếu cần thiết.
Nếu xảy ra trường hợp ở phần cuối của các electron hóa trị, một số nguyên tử còn lại với octet không hoàn chỉnh của nó, hãy sử dụng một cặp electron không dùng chung từ một nguyên tử lân cận để tạo thành liên kết đôi hoặc hai cặp để tạo thành liên kết ba nếu cần.
ion nitrat tiếp tục
Bước 6: Tính phí chính thức (không bắt buộc).
Sau khi hoàn thành bước 5, cấu trúc của phân tử được vẽ hoàn chỉnh. Nó chỉ còn lại để thêm các điện tích nếu có. Tại thời điểm này, bạn có thể tiến hành theo hai cách khác nhau. Đầu tiên là nếu có điện tích ròng (trong trường hợp ion), bạn đặt toàn bộ cấu trúc trong dấu ngoặc vuông và thêm điện tích dưới dạng chỉ số trên. Thứ hai (tốt hơn) bao gồm việc xác định điện tích chính thức (CF) trên mỗi nguyên tử của cấu trúc.
Điều này được thực hiện bằng công thức sau:
ion nitrat tiếp tục
Trong trường hợp ion nitrat, điện tích chính thức của nguyên tử nitơ là:
Điện tích hình thức của hai loại oxi có mặt là:
Sau khi tính toán các điện tích chính thức, chúng được đặt bên cạnh mỗi nguyên tử không trung tính. Người ta xác minh rằng tổng của tất cả các điện tích dẫn đến điện tích thực của ion (hoặc bằng 0, nếu phân tử trung tính). Như có thể thấy trong hình ảnh sau đây, tổng của tất cả các khoản phí là +1-2=-1
Ví dụ về cấu trúc Lewis
Như đã đề cập ở trên, cấu trúc Lewis của bất kỳ loại hóa chất nào cũng có thể được viết. Dưới đây là một số ví dụ về cấu trúc của các loại hợp chất khác nhau:
Hợp chất phân tử trung tính – Ethylene
Hợp chất ion đơn giản – Natri clorua
Các hợp chất ion phức tạp hơn – Natri nitrat và amoni nitrat
Người giới thiệu
Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR, & O. (2019). Hóa học 2e ( tái bản lần 2 .). :OpenStax .
Liên minh quốc tế về hóa học thuần túy và ứng dụng (IUPAC). (2014). IUPAC–Công thức Lewis (chấm điện tử hoặc cấu trúc Lewis) (L03513). Lấy từ https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513
