Struktura Lewisa v konsitu, kako je to storjeno, primeri

The Lewisova struktura je vsa reprezentacija kovalentnih vezi znotraj molekule ali iona. V njej so te povezave in elektroni predstavljeni s pikami ali dolgimi vezaji, čeprav večinoma točke ustrezajo nespremenjenim elektronom in črtkam kovalentnim vezi..

Toda kaj je kovalentna vez? To je delitev para elektronov (ali točk) med katerima koli dvema atomoma periodnega sistema. S temi diagrami lahko skicirate veliko okostenj za določeno spojino. Katera je pravilna, bo odvisna od formalnih nabojev in kemijske narave istih atomov.

Na zgornji sliki imamo primer, kaj je Lewisova struktura. V tem primeru je predstavljena spojina 2-bromopropan. Črne pike, ki ustrezajo elektronom, je mogoče ceniti, tako tiste, ki sodelujejo v povezavah, kot tiste, ki niso v skupni rabi (edini par tik nad Br)..

Če bi bili pari točk ":" zamenjani z dolgim vezajem "-", bi bil ogljikov skelet 2-bromopropana predstavljen kot: C-C-C. Zakaj namesto narisanega "molekularnega okvira" ne bi bilo C-H-H-C? Odgovor je v elektronskih značilnostih vsakega atoma.

Zato, ker ima vodik na voljo samo en elektron in eno samo orbitalo, tvori le eno kovalentno vez. Zato nikoli ne more tvoriti dveh obveznic (ne sme se zamenjati z vodikovimi vezmi). Po drugi strani ji elektronska konfiguracija ogljikovega atoma omogoča (in zahteva) tvorbo štirih kovalentnih vezi.

Zato morajo biti Lewisove strukture, v katere posredujejo C in H, skladne in morajo spoštovati tisto, kar urejajo njihove elektronske konfiguracije. Na ta način, če ima ogljik več kot štiri vezi ali vodik več kot eno, se lahko oris zavrže in začne se nov, bolj skladen z realnostjo..

Tu se pojavljajo nekateri glavni razlogi ali hrbti teh struktur, ki jih je Gilbert Newton Lewis predstavil v svojem iskanju molekularnih predstavitev, ki so zveste eksperimentalnim podatkom: molekulska struktura in formalni stroški..

Vse obstoječe spojine lahko predstavljajo Lewisove strukture, kar daje prvi približek, kako bi lahko bila molekula ali ioni.

Indeks

1 Kakšna je struktura Lewisa?
2 Kako se izvaja??
- 2.1 Uporaba matematične formule
- 2.2 Kje namestiti najmanj elektronegativne atome
- 2.3 Simetrija in formalne dajatve
3 Omejitve pravila okteta
4 Primeri Lewisovih struktur
- 4.1 Jod
- 4.2 Amoniak
- 4.3 C2H6O
- 4.4 Iman permanganat
- 4.5 ionski dikromat
5 Reference

Kakšna je struktura Lewisa?

Gre za reprezentativno strukturo valentnih elektronov in kovalentnih vezi v molekuli ali ionu, ki služi za predstavitev njegove molekularne strukture..

Vendar ta struktura ne predvideva nekaterih pomembnih podrobnosti, kot je molekularna geometrija glede na atom in njegovo okolje (če je kvadrat, trigon, bipiramidna itd.).

Prav tako ne pove ničesar o tem, kaj je kemijska hibridizacija njenih atomov, ampak kje so dvojne ali trojne vezi in če obstaja resonanca v strukturi..

S to informacijo je mogoče trditi o reaktivnosti spojine, njeni stabilnosti, kako in kakšen mehanizem bo molekula sledila, ko bo reagirala..

Zato se strukture Lewisa nikoli ne prenehajo obravnavati in so zelo koristne, ker se lahko v njih kondenzirajo nove kemijske spoznanja..

Kako je to storjeno??

Za risanje ali skiciranje strukture, formule ali Lewisovega diagrama je bistvena kemijska formula spojine. Brez tega ne moreš niti vedeti, kateri atomi ga sestavljajo. Enkrat z njo se periodni sistem uporablja za iskanje skupin, ki jim pripadajo..

Na primer, če imate spojino C₁₄O₂N₃ potem bi morali poiskati skupine, kjer sta ogljik, kisik in dušik. S tem, ne glede na to, kaj je spojina, število valentnih elektronov ostaja enako, tako da se prej ali slej zapomnijo.

Tako ogljik pripada skupini za DDV, kisik skupini VIA in dušik VA. Število skupin je enako številu valentnih elektronov (točk). Vsi imajo skupno težnjo po dokončanju okteta valenčne plasti.

To velja za vse nekovinske elemente ali za tiste, ki so v blokih s ali p periodnega sistema. Vendar vsi elementi ne upoštevajo pravila okteta. Posebni primeri so prehodne kovine, katerih strukture temeljijo bolj na formalnih dajatvah in številu njihovih skupin.

Uporaba matematične formule

Če vemo, v katero skupino sodijo elementi in torej število razpoložljivih valentnih elektronov za povezavo, nadaljujemo z naslednjo formulo, ki je uporabna za risanje Lewisovih struktur:

C = N - D

Kjer pomeni C skupni elektroni, to so tisti, ki sodelujejo v kovalentnih obveznicah. Ker je vsaka povezava sestavljena iz dveh elektronov, je C / 2 enako številu povezav (ali črtk), ki jih je treba narisati.

N so potrebni elektroni, ki mora imeti atom v svoji valenčni lupini izoelektronski za plemeniti plin, ki mu sledi v istem obdobju. Za vse elemente, ki niso H (ker zahteva dva elektrona, ki jih primerjamo z He), potrebujejo osem elektronov.

D so razpoložljivi elektroni, ki jih določa skupina ali število valentnih elektronov. Ker torej Cl pripada skupini VIIA, mora biti obdana s sedmimi črnimi točkami ali elektroni in ne pozabite, da je par potreben za povezavo.

Če imamo atome, njihove točke in število C / 2 vezi, lahko Lewisovo strukturo improviziramo. Toda poleg tega je treba imeti pojem drugih "pravil".

Kje postaviti najmanj elektronegativne atome

Manj elektromagnetnih atomov v veliki večini struktur zasedajo centri. Zaradi tega, če imate spojino z atomi P, O in F, mora biti P postavljen v središče hipotetične strukture..

Prav tako je pomembno omeniti, da so atomi vodika običajno povezani z visoko elektronegativnimi atomi. Če imate spojino Zn, H in O, bo H šel poleg O, ne pa Zn (Zn-O-H in ne H-Zn-O). Obstajajo izjeme od tega pravila, vendar se ponavadi pojavljajo z ne-kovinskimi atomi.

Simetrija in formalni stroški

Narava ima veliko prednost glede izvornih molekularnih struktur, ki so čim bolj simetrične. S tem se izognemo postavljanju neurejenih struktur, pri čemer so atomi razporejeni tako, da ne upoštevajo nobenega očitnega vzorca.

Na primer, za spojino C₂A₃, kjer je A fiktivni atom, je najverjetnejša struktura A-C-A-C-A. Opazujte simetrijo njegovih strani, oba odseva drugega.

Formalni naboji imajo prav tako pomembno vlogo pri risanju Lewisovih struktur, zlasti za tiste iz ionov. Tako lahko povezave dodamo ali odstranimo, tako da formalni naboj atoma ustreza celotnemu prikazanemu naboju. To merilo je zelo koristno za spojine prehodnih kovin.

Omejitve v pravilu okteta

Niso izpolnjena vsa pravila, kar ne pomeni nujno, da je struktura nepravilna. Tipični primeri tega so opaženi v mnogih spojinah, kjer so vključeni elementi skupine IIIA (B, Al, Ga, In, Tl). Tukaj posebej obravnavamo aluminijev trifluorid (AlF)₃).

Ko uporabimo zgoraj opisano formulo, imamo:

D = 1 × 3 (en atom aluminija) + 7 × 3 (trije atomi fluora) = 24 elektronov

Tu 3 in 7 sta skupini ali številu valentnih elektronov, ki so na voljo za aluminij in fluor. Potem, ob upoštevanju potrebnih elektronov N:

N = 8 × 1 (en atom aluminija) + 8 × 3 (trije atomi fluora) = 32 elektronov

Zato so skupni elektroni:

C = N - D

C = 32 - 24 = 8 elektronov

C / 2 = 4 povezave

Ker je aluminij najmanj elektronegativen atom, ga je treba postaviti v središče, fluor pa tvori le vez. Glede na to imamo Lewisovo strukturo AlF₃ (zgornja slika) Skupni elektroni so označeni z zelenimi pikami, da jih ločimo od ne-skupnih.

Čeprav izračuni napovedujejo, da je treba oblikovati 4 vezi, aluminij nima dovolj elektronov in poleg tega ne obstaja četrti atom fluora. Zato aluminij ni v skladu s pravilom okteta in to se v izračunih ne odraža.

Primeri Lewisovih struktur

Jod

Jod je halogen in zato pripada skupini VIIA. Nato ima sedem valentnih elektronov in to preprosto dvoatomno molekulo lahko predstavimo z improvizacijo ali uporabo formule:

D = 2 × 7 (dva jodna atoma) = 14 elektronov

N = 2 × 8 = 16 elektronov

C = 16 - 14 = 2 elektrona

C / 2 = 1 povezava

Od 14 elektronov 2 sodeluje v kovalentni vezi (zelene pike in vezaj), 12 ostane nespremenjeno; in ker sta dva jodna atoma, mora biti 6 razdeljena za enega izmed njih (njihovih valentnih elektronov). V tej molekuli je možna le ta struktura, katere geometrija je linearna.

Amoniak

Kaj je Lewisova struktura za molekulo amoniaka? Ker je dušik iz VA skupine, ima pet valentnih elektronov in nato:

D = 1 × 5 (en atom dušika) + 1 × 3 (trije atomi vodika) = 8 elektronov

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 elektronov

C = 14 - 8 = 6 elektronov

C / 2 = 3 povezave

Tokrat formula uspe s številom povezav (tri zelene povezave). Od 8 razpoložljivih elektronov 6, ki sodelujejo v povezavah, obstaja ne-skupni par, ki je nad dušikovim atomom.

Ta struktura pove vse, kar bi moralo biti znano o amoniakem. Z uporabo znanja TEV in TRPEV je mogoče sklepati, da je geometrija tetraedarska izkrivljena s prostim parom dušika in da je hibridizacija tega zato sp³.

C₂H₆O

Formula ustreza organski spojini. Preden uporabimo formulo, moramo vedeti, da vodiki tvorijo enojno vez, kisik 2, ogljik štiri in da mora biti struktura čim bolj simetrična. Kot v prejšnjih primerih imamo:

D = 6 × 1 (šest atomov vodika) + 6 × 1 (en atom kisika) + 4 × 2 (dva atoma ogljika) = 20 elektronov

N = 6 × 2 (šest atomov vodika) + 8 × 1 (en atom kisika) + 8 × 2 (dva atoma ogljika) = 36 elektronov

C = 36 - 20 = 16 elektronov

C / 2 = 8 povezav

Število zelenih črtic ustreza 8 izračunanim povezavam. Predlagana Lewisova struktura je CH etanol₃CH₂OH. Vendar bi bilo prav tako pravilno, če bi predlagali strukturo dimetil etra CH₃OCH₃, kar je še bolj simetrično.

Katera od obeh je "bolj" pravilna? Oba sta enako, saj so se strukture pojavile kot strukturni izomeri enake molekulske formule C₂H₆O.

Ionski permanganat

Položaj je zapleten, kadar se želi izdelati Lewisove strukture za spojine prehodnih kovin. Mangan pripada skupini VIIB, prav tako je treba med razpoložljivimi elektroni dodati elektron negativnega naboja. Z uporabo formule imate:

D = 7 × 1 (en manganov atom) + 6 × 4 (štirje atomi kisika) + 1 elektron na naboj = 32 elektronov

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 elektronov

C = 40 - 32 = 8 deljenih elektronov

C / 2 = 4 povezave

Toda prehodne kovine imajo lahko več kot osem valentnih elektronov. Tudi za ion MnO₄^- pokazati negativni naboj, je potrebno zmanjšati formalne naboje kisikovih atomov. Kako? S pomočjo dvojnih vezi.

Če so vse povezave MnO₄^- bile preproste, formalne obremenitve s kisiki bi bile enake -1. Ker so štirje, bi nastali naboj znašal -4 za anion, kar očitno ni res. Ko se tvorijo dvojne vezi, je zagotovljeno, da ima posamezen kisik negativni formalni naboj, ki se odraža v ionu.

V permanganatnem ionu je razvidno, da obstaja resonanca. To pomeni, da je ena preprosta vez Mn-O delokalizirana med štirimi O-atomi..

Ionski dikromat

Končno se podoben primer zgodi z dikromatnim ionom (Cr₂O₇). Krom spada v skupino VIB, zato ima šest valentnih elektronov. Znova uporabite formulo:

D = 6 × 2 (dva kromova atoma) + 6 × 7 (sedem atomov kisika) + 2 elektrona na dvovalentni naboj = 56 elektronov

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 elektronov

C = 72 - 56 = 16 deljenih elektronov