โครงสร้างของเลวิสด้วยความยินยอมเป็นตัวอย่าง

โครงสร้างของลูอิส คือทั้งหมดที่แสดงถึงพันธะโควาเลนต์ภายในโมเลกุลหรือไอออน ในนั้นการเชื่อมโยงและอิเล็กตรอนเหล่านี้จะแสดงเป็นจุดหรือยัติภังค์ยาวแม้ว่าส่วนใหญ่เวลาที่จุดสอดคล้องกับอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้งานร่วมกันและขีดกลางไปยังพันธะโควาเลนต์.

แต่พันธะโควาเลนต์คืออะไร? เป็นการแบ่งปันอิเล็กตรอน (หรือแต้ม) ระหว่างอะตอมสองตัวของตารางธาตุ ด้วยไดอะแกรมเหล่านี้คุณสามารถร่างโครงกระดูกจำนวนมากสำหรับสารประกอบหนึ่ง ๆ อันไหนที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับประจุที่เป็นทางการและลักษณะทางเคมีของอะตอมเดียวกัน.

ในภาพด้านบนเรามีตัวอย่างของโครงสร้างลูอิสคืออะไร ในกรณีนี้สารประกอบที่แสดงคือ 2-bromopropane จุดสีดำที่สอดคล้องกับอิเล็กตรอนนั้นสามารถชื่นชมได้ทั้งจุดที่มีส่วนร่วมในการเชื่อมโยงและจุดที่ไม่ใช้ร่วมกัน (คู่เดียวที่อยู่เหนือ Br).

หากคู่ของคะแนน ":" ถูกแทนที่ด้วยเครื่องหมายยัติภังค์ยาว "-" ดังนั้นโครงกระดูกคาร์บอนของ 2-bromopropane จะแสดงเป็น: C-C-C ทำไมแทนที่จะเป็น "โครงร่างโมเลกุล" ที่วาดขึ้นมันไม่สามารถเป็น C-H-H-C ได้? คำตอบอยู่ที่ลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละอะตอม.

ดังนั้นเนื่องจากไฮโดรเจนมีเพียงอิเล็กตรอนเดียวและหนึ่งวงโคจรที่มีอยู่เพื่อเติมจึงก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์เพียงหนึ่งเดียว ดังนั้นจึงไม่สามารถสร้างพันธะสองแบบได้ (เพื่อไม่ให้สับสนกับพันธะไฮโดรเจน) ในทางตรงกันข้ามการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคาร์บอนช่วยให้มัน (และต้องการ) การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์สี่ตัว.

ด้วยเหตุนี้โครงสร้างของลูอิสที่การแทรกแซงของ C และ H จะต้องสอดคล้องกันและเคารพสิ่งที่อยู่ภายใต้การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยวิธีนี้ถ้าคาร์บอนมีพันธะมากกว่าสี่หรือไฮโดรเจนมากกว่าหนึ่งโครงร่างก็จะถูกยกเลิกและร่างใหม่ก็สามารถเริ่มใหม่ได้ตามความเป็นจริง.

นี่คือที่บางส่วนของเหตุผลหลักหรือด้านหลังของโครงสร้างเหล่านี้ปรากฏนำโดย Gilbert Newton Lewis ในการค้นหาตัวแทนโมเลกุลที่เชื่อถือได้กับข้อมูลการทดลองของเขา: โครงสร้างโมเลกุลและประจุอย่างเป็นทางการ.

สารประกอบที่มีอยู่ทั้งหมดสามารถแสดงได้โดยโครงสร้างของลูอิสโดยประมาณเป็นครั้งแรกว่าโมเลกุลหรือไอออนจะเป็นอย่างไร.

ดัชนี

1 โครงสร้างของลูอิสคืออะไร?
2 เป็นอย่างไรบ้าง??
- 2.1 การใช้สูตรทางคณิตศาสตร์
- 2.2 สถานที่ที่จะวางอะตอมอิเล็กตรอนน้อยที่สุด
- 2.3 สมมาตรและค่าธรรมเนียมอย่างเป็นทางการ
3 ข้อ จำกัด เกี่ยวกับกฎ octet
4 ตัวอย่างโครงสร้างของลูอิส
- 4.1 ไอโอดีน
- 4.2 แอมโมเนีย
- 4.3 C2H6O
- 4.4 Iman permanganate
- 4.5 ไอออนไดโครเมต
5 อ้างอิง

โครงสร้างของลูอิสคืออะไร?

มันเป็นโครงสร้างตัวแทนของวาเลนซ์อิเล็กตรอนและพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลหรือไอออนที่ทำหน้าที่รับแนวคิดของโครงสร้างโมเลกุล.

อย่างไรก็ตามโครงสร้างนี้ล้มเหลวในการทำนายรายละเอียดที่สำคัญบางอย่างเช่นเรขาคณิตโมเลกุลเกี่ยวกับอะตอมและสภาพแวดล้อม (ถ้าเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสตรีโกณมิติ bipyramidal ฯลฯ ).

นอกจากนี้ยังไม่มีการพูดถึงอะไรเกี่ยวกับการผสมทางเคมีของอะตอมของมัน แต่จะมีพันธะคู่หรือสามเท่าและหากมีการสั่นพ้องในโครงสร้าง.

ด้วยข้อมูลนี้มันสามารถโต้เถียงเกี่ยวกับปฏิกิริยาของสารประกอบเสถียรภาพของมันอย่างไรและกลไกของโมเลกุลที่จะตามมาเมื่อทำปฏิกิริยา.

ด้วยเหตุนี้โครงสร้างของลูอิสจึงไม่หยุดที่จะถูกพิจารณาและมีประโยชน์มากเพราะในพวกเขาการเรียนรู้ทางเคมีแบบใหม่สามารถย่อ.

เป็นอย่างไรบ้าง??

ในการวาดหรือร่างโครงสร้างสูตรหรือแผนภาพลูอิสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสูตรทางเคมีของสารประกอบ หากปราศจากมันคุณจะไม่สามารถรู้ได้เลยว่าอะตอมไหนเป็นส่วนประกอบ เมื่อใช้งานแล้วตารางธาตุจะใช้เพื่อค้นหากลุ่มที่พวกเขาอยู่.

ตัวอย่างเช่นหากคุณมีสารประกอบ C₁₄O₂ยังไม่มีข้อความ₃ จากนั้นเราควรมองหากลุ่มที่มีคาร์บอนออกซิเจนและไนโตรเจน ทำเช่นนี้ไม่ว่าสารประกอบคืออะไรจำนวนอิเล็กตรอนของวาเลนซ์ยังคงเท่าเดิมดังนั้นพวกเขาจึงจดจำได้ไม่ช้าก็เร็ว.

ดังนั้นคาร์บอนจึงเป็นของกลุ่ม VAT ออกซิเจนสำหรับกลุ่ม VIA และไนโตรเจนกับ VA หมายเลขกลุ่มเท่ากับจำนวนของอิเล็กตรอนวาเลนซ์ (คะแนน) พวกเขาทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะเติมออคเต็ตของเลเยอร์เลเวลให้เหมือนกัน.

สิ่งนี้ใช้กับองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะทั้งหมดหรือที่พบในบล็อก s หรือ p ของตารางธาตุ อย่างไรก็ตามองค์ประกอบทั้งหมดไม่ปฏิบัติตามกฎของ octet กรณีเฉพาะคือโลหะทรานซิชันซึ่งโครงสร้างจะขึ้นอยู่กับประจุที่เป็นทางการและหมายเลขกลุ่มของมัน.

การใช้สูตรทางคณิตศาสตร์

เมื่อทราบว่าองค์ประกอบใดเป็นของกลุ่มดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนของวาเลนซ์ที่มีในการสร้างลิงก์เราจะดำเนินการตามสูตรต่อไปนี้ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการวาดโครงสร้างลูอิส:

C = N - D

โดยที่ C หมายถึง อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน, นั่นคือผู้ที่มีส่วนร่วมในพันธะโควาเลนต์ เนื่องจากแต่ละลิงก์ประกอบด้วยอิเล็กตรอนสองตัวดังนั้น C / 2 จึงเท่ากับจำนวนลิงก์ (หรือเครื่องหมายขีดกลาง) ที่ต้องวาด.

ยังไม่มีข้อความ จำเป็นต้องใช้อิเล็กตรอน, ซึ่งจะต้องมีอะตอมในวาเลนซ์เชลล์เพื่อให้เป็นไอโซโทปอิเล็กทรอนิกส์กับก๊าซมีตระกูลที่ตามมาในช่วงเวลาเดียวกัน สำหรับองค์ประกอบทั้งหมดนอกเหนือจาก H (เนื่องจากต้องการอิเล็กตรอนสองตัวเพื่อเปรียบเทียบกับเขา) พวกมันต้องการอิเล็กตรอนแปดตัว.

D คือ มีอิเล็กตรอน, ซึ่งถูกกำหนดโดยกลุ่มหรือจำนวนของอิเล็กตรอนวาเลนซ์ ดังนั้นเนื่องจาก Cl อยู่ในกลุ่ม VIIA จึงต้องล้อมรอบด้วยจุดดำหรืออิเล็กตรอนเจ็ดจุดและโปรดทราบว่าจำเป็นต้องมีคู่เพื่อสร้างการเชื่อมโยง.

เมื่อมีอะตอมคะแนนและจำนวนพันธบัตร C / 2 ของพวกเขาโครงสร้างของลูอิสก็จะได้รับการปรับปรุงทันที แต่นอกจากนี้ยังจำเป็นที่จะต้องมีแนวคิดเกี่ยวกับ "กฎ" อื่น ๆ.

สถานที่ที่จะวางอะตอมอิเล็กตรอนน้อยที่สุด

อะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีน้อยกว่าในโครงสร้างส่วนใหญ่ครอบครองศูนย์กลาง ด้วยเหตุนี้ถ้าคุณมีสารประกอบที่มีอะตอมของ P, O และ F ดังนั้น P จะต้องถูกวางไว้ที่กึ่งกลางของโครงสร้างสมมุติ.

นอกจากนี้เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าอะตอมไฮโดรเจนมักเชื่อมโยงกับอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตี้สูง หากคุณมีสารประกอบ Zn, H และ O, H จะอยู่ถัดจาก O และไม่ใช่กับ Zn (Zn-O-H และไม่ใช่ H-Zn-O) มีข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ แต่มักจะเกิดขึ้นกับอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ.

ค่าใช้จ่ายสมมาตรและเป็นทางการ

ธรรมชาติมีความต้องการสูงในการสร้างโครงสร้างโมเลกุลให้สมมาตรเท่าที่จะทำได้ สิ่งนี้ช่วยในการหลีกเลี่ยงการวางโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบโดยอะตอมจัดเรียงในลักษณะที่พวกเขาไม่เชื่อฟังรูปแบบใด ๆ ที่ชัดเจน.

ตัวอย่างเช่นสำหรับสารประกอบ C₂₃, โดยที่ A เป็นอะตอมสมมติโครงสร้างที่เป็นไปได้มากที่สุดคือ A-C-A-C-A สังเกตุความสมมาตรของด้านข้างทั้งการสะท้อนกลับของอีกด้าน.

ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการยังมีบทบาทสำคัญเมื่อวาดโครงสร้างของลูอิสโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไอออน ดังนั้นลิงก์สามารถเพิ่มหรือลบออกเพื่อให้ประจุที่เป็นทางการของอะตอมสอดคล้องกับประจุทั้งหมดที่แสดง เกณฑ์นี้มีประโยชน์มากสำหรับสารประกอบของโลหะทรานซิชัน.

ข้อ จำกัด ในกฎ octet

ไม่ปฏิบัติตามกฎทั้งหมดซึ่งไม่ได้แปลว่าโครงสร้างไม่ถูกต้อง ตัวอย่างทั่วไปของสิ่งนี้ถูกพบในสารประกอบหลายชนิดที่องค์ประกอบของกลุ่ม IIIA (B, Al, Ga, In, Tl) มีส่วนเกี่ยวข้อง Aluminium trifluoride (AlF) ได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษที่นี่₃).

นำไปใช้แล้วสูตรที่อธิบายข้างต้นเรามี:

D = 1 × 3 (หนึ่งอลูมิเนียมอะตอม) + 7 × 3 (สามอะตอมฟลูออรีน) = 24 อิเล็กตรอน

ที่นี่ 3 และ 7 เป็นกลุ่มหรือหมายเลขของอิเล็กตรอนวาเลนซ์สำหรับอลูมิเนียมและฟลูออรีน จากนั้นพิจารณาอิเล็กตรอนที่จำเป็น N:

N = 8 × 1 (หนึ่งอะตอมอลูมิเนียม) + 8 × 3 (สามอะตอมฟลูออรีน) = 32 อิเล็กตรอน

ดังนั้นอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันคือ:

C = N - D

C = 32 - 24 = 8 อิเล็กตรอน

ลิงค์ C / 2 = 4

เนื่องจากอลูมิเนียมเป็นอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติคน้อยที่สุดจึงต้องวางไว้ตรงกลางและฟลูออรีนจะก่อตัวเป็นพันธะเท่านั้น เมื่อพิจารณาถึงสิ่งนี้เรามีโครงสร้างของ Lewis ของ AlF₃ (ภาพบนสุด) อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะถูกเน้นด้วยจุดสีเขียวเพื่อแยกความแตกต่างจากที่ไม่ได้ใช้ร่วม.

แม้ว่าการคำนวณจะทำนายว่าจะต้องเกิดพันธะขึ้น 4 ครั้งอลูมิเนียมขาดอิเลคตรอนเพียงพอและนอกจากนี้ยังไม่มีอะตอมฟลูออรีนลำดับที่สี่ เป็นผลให้อลูมิเนียมไม่เป็นไปตามกฎของออคเต็ตและข้อเท็จจริงนี้ไม่ได้สะท้อนให้เห็นในการคำนวณ.

ตัวอย่างโครงสร้างของลูอิส

ไอโอดีน

ไอโอดีนเป็นฮาโลเจนและดังนั้นจึงเป็นของกลุ่ม VIIA จากนั้นจะมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์เจ็ดตัวและโมเลกุลไดอะตอมมิคอย่างง่ายนี้สามารถแสดงโดยการทำโพรไวซ์หรือใช้สูตร

D = 2 × 7 (สองไอโอดีนอะตอม) = 14 อิเล็กตรอน

N = 2 × 8 = 16 อิเล็กตรอน

C = 16 - 14 = 2 อิเล็กตรอน

ลิงค์ C / 2 = 1

ณ 14 อิเล็กตรอน 2 มีส่วนร่วมในพันธะโควาเลนต์ (จุดสีเขียวและยัติภังค์), 12 ยังคงเป็นไม่ได้ใช้ร่วมกัน; และเนื่องจากเป็นไอโอดีนสองอะตอมจึงต้องแบ่ง 6 อะตอมสำหรับหนึ่งในนั้น (อิเล็กตรอนวาเลนซ์ของพวกเขา) ในโมเลกุลนี้มีเพียงโครงสร้างนี้เท่านั้นที่เป็นไปได้ซึ่งมีเรขาคณิตเป็นเส้นตรง.

แอมโมเนียม

โครงสร้างของลูอิสสำหรับโมเลกุลแอมโมเนียคืออะไร? เนื่องจากไนโตรเจนมาจากกลุ่ม VA จึงมีอิเล็กตรอนที่มีความจุห้าตัวจากนั้น:

D = 1 × 5 (หนึ่งไนโตรเจนอะตอม) + 1 × 3 (สามอะตอมไฮโดรเจน) = 8 อิเล็กตรอน

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 อิเล็กตรอน

C = 14 - 8 = 6 อิเล็กตรอน

ลิงค์ C / 2 = 3

เวลานี้สูตรสำเร็จกับจำนวนลิงก์ (ลิงก์สีเขียวสามลิงก์) ในฐานะที่เป็น 8 อิเล็กตรอนที่มีอยู่ 6 มีส่วนร่วมในการเชื่อมโยงมีคู่ที่ไม่ได้ใช้ร่วมกันที่ตั้งอยู่เหนืออะตอมไนโตรเจน.

โครงสร้างนี้บอกทุกสิ่งที่ควรรู้เกี่ยวกับฐานแอมโมเนีย เมื่อนำความรู้ของ TEV และ TRPEV มาใช้จะอนุมานได้ว่ารูปทรงเรขาคณิตเป็นเตตราจูดที่บิดเบี้ยวโดยไนโตรเจนคู่ฟรีและการผสมพันธุ์แบบนี้³.

C₂H₆O

สูตรนี้สอดคล้องกับสารประกอบอินทรีย์ ก่อนที่จะใช้สูตรนี้จะต้องจำไว้ว่าไฮโดรเจนจะสร้างพันธะเดี่ยวออกซิเจนสองคาร์บอนสี่และโครงสร้างนั้นจะต้องสมมาตรเท่าที่จะทำได้ ดำเนินการตามตัวอย่างก่อนหน้านี้เรามี:

D = 6 × 1 (ไฮโดรเจนหกอะตอม) + 6 × 1 (หนึ่งอะตอมออกซิเจน) + 4 × 2 (อะตอมคาร์บอนสองอะตอม) = 20 อิเล็กตรอน

N = 6 × 2 (ไฮโดรเจนหกอะตอม) + 8 × 1 (หนึ่งอะตอมออกซิเจน) + 8 × 2 (อะตอมคาร์บอนสองอะตอม) = 36 อิเล็กตรอน

C = 36 - 20 = 16 อิเล็กตรอน

ลิงค์ C / 2 = 8

จำนวนของเครื่องหมายขีดสีเขียวสอดคล้องกับลิงก์ที่คำนวณได้ 8 รายการ โครงสร้างของลูอิสที่เสนอนั้นเป็นของเอทานอล CH₃CH₂OH อย่างไรก็ตามมันจะถูกต้องเพื่อเสนอโครงสร้างของ dimethyl ether CH₃เอมโอช₃, ซึ่งมีความสมมาตรมากยิ่งขึ้น.

ข้อใดในสองข้อนี้คือ "มากกว่า" ถูกต้อง? ทั้งสองมีความเท่าเทียมกันเนื่องจากโครงสร้างกลายเป็น isomers โครงสร้างของสูตรโมเลกุลเดียวกัน C₂H₆O.

ไอออนแมงกานีส

สถานการณ์มีความซับซ้อนเมื่อต้องการสร้างโครงสร้างลูอิสสำหรับสารประกอบโลหะทรานซิชัน แมงกานีสเป็นของกลุ่ม VIIB เช่นเดียวกันจะต้องเพิ่มอิเล็กตรอนของประจุลบในหมู่อิเล็กตรอนที่มีอยู่ การใช้สูตรที่คุณมี:

D = 7 × 1 (หนึ่งแมงกานีสอะตอม) + 6 × 4 (สี่อะตอมออกซิเจน) + 1 อิเล็กตรอนต่อประจุ = 32 อิเล็กตรอน

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 อิเล็กตรอน

C = 40 - 32 = 8 อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน

ลิงค์ C / 2 = 4

อย่างไรก็ตามโลหะทรานซิชันสามารถมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์มากกว่าแปดตัว นอกจากนี้สำหรับ MnO ไอออน₄^- แสดงประจุลบที่จำเป็นในการลดประจุที่เป็นทางการของอะตอมออกซิเจน อย่างไร? ผ่านพันธะคู่.

หากลิงก์ทั้งหมดของ MnO₄^- ง่ายค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการของ oxygens จะเท่ากับ -1 เนื่องจากมีอยู่สี่ตัวประจุที่ได้จะเป็น -4 สำหรับประจุลบซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่เป็นความจริง เมื่อเกิดพันธะคู่จะรับประกันได้ว่าออกซิเจนเดี่ยวมีประจุที่เป็นทางการเชิงลบสะท้อนในไอออน.

ในเปอร์แมงกานีสไอออนจะเห็นได้ว่ามีการสั่นพ้อง นี่ก็หมายความว่าพันธะอย่างง่ายเดี่ยว Mn-O จะถูกแยกระหว่างอะตอมสี่ตัว.

ไอออนไดโครเมต

ในที่สุดกรณีที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับไอออนไดโครเมต (Cr₂O₇) Chromium เป็นของกลุ่ม VIB ดังนั้นมันจึงมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์หกตัว การใช้สูตรอีกครั้ง:

D = 6 × 2 (สองโครเมียมอะตอม) + 6 × 7 (เจ็ดออกซิเจนอะตอม) + 2 อิเล็กตรอนต่อประจุ divalent = 56 อิเล็กตรอน

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 อิเล็กตรอน

C = 72 - 56 = 16 อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน