ISTRAKTURA NG LEWIS: KUNG ANO ITO, KUNG PAANO GAWIN ITO, MGA HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang istraktura ng Lewis ay ang lahat na kumakatawan sa mga covalent bond sa loob ng isang molekula o isang ion. Sa loob nito, ang mga bono at elektron na ito ay kinakatawan ng mga tuldok o mahabang gitling, bagaman sa karamihan ng oras ang mga tuldok ay tumutugma sa mga hindi ibinahaging mga electron at ang mga docks sa mga covalent bond.

Ngunit ano ang isang covalent bond? Ito ay ang pagbabahagi ng isang pares ng mga electron (o mga puntos) sa pagitan ng anumang dalawang mga atom ng pana-panahong talahanayan. Sa mga diagram na ito maraming mga kalansay ang maaaring iguhit para sa isang naibigay na tambalan. Alin ang tama ay depende sa pormal na singil at ang kemikal na katangian ng mga atoms mismo.

2-bromopropane compound. Ni Ben Mills, mula sa Wikimedia Commons.

Sa imahe sa itaas mayroon kang isang halimbawa ng kung ano ang isang istraktura ng Lewis. Sa kasong ito ang kinatawan ng compound ay 2-bromopropane. Maaari mong makita ang mga itim na tuldok na naaayon sa mga electron, kapwa ang mga nakikilahok sa mga bono at ang mga hindi ibinahagi (ang pares lamang sa itaas ng Br).

Kung ang mga pares ng tuldok ":" ay pinalitan ng isang mahabang gitling "-", kung gayon ang carbon skeleton ng 2-bromopropane ay kakatawan bilang: C - C - C. Bakit hindi ito C - H - H - C sa halip na ang "molekular na balangkas" ay iginuhit? Ang sagot ay namamalagi sa mga elektronikong katangian ng bawat atom.

Kaya, dahil ang hydrogen ay may isang solong elektron at isang solong orbital na magagamit upang mapunan, bumubuo lamang ito ng isang covalent bond. Samakatuwid, hindi ito makakabuo ng dalawang bono (hindi malito sa mga bono ng hydrogen). Sa kabilang banda, ang elektronikong pagsasaayos ng carbon atom ay nagbibigay-daan (at nangangailangan) ng pagbuo ng apat na mga covalent bond.

Para sa kadahilanang ito, ang mga istruktura ng Lewis kung saan ang intervene ng C at H ay dapat na magkakaugnay at igagalang ang pinamamahalaan ng kanilang mga elektronikong pagsasaayos. Sa ganitong paraan, kung ang carbon ay may higit sa apat na mga bono, o hydrogen na higit sa isa, kung gayon ang sketch ay maaaring itapon at ang isang bagong alinsunod sa katotohanan ay maaaring magsimula.

Narito na ang isa sa mga pangunahing motif o endorsement ng mga istrukturang ito ay lumitaw, ipinakilala ni Gilbert Newton Lewis sa kanyang paghahanap para sa mga representasyong molekula na tapat sa eksperimentong data: ang molekular na istruktura at pormal na singil.

Ang lahat ng mga umiiral na compound ay maaaring kinakatawan ng mga istruktura ng Lewis, na nagbibigay ng isang unang pag-asa sa kung ano ang maaaring maging tulad ng molekula o ions.

Ano ang istraktura ng Lewis?

Ito ay isang kinatawan na istraktura ng mga valence electrons at ang mga covalent bond sa isang molekula o ion na nagsisilbi upang makakuha ng isang ideya ng istruktura ng molekular.

Gayunpaman, ang istraktura na ito ay nabigo upang mahulaan ang ilang mahahalagang detalye tulad ng molekular na geometry tungkol sa isang atom at kapaligiran nito (kung ito ay parisukat, eroplano ng trigonal, bipyramidal, atbp.).

Gayundin, wala itong masabi tungkol sa kung ano ang chemical hybridization ng mga atoms nito, ngunit sinasabi nito kung saan matatagpuan ang doble o triple bond at kung may resonans sa istraktura.

Sa impormasyong ito, maaaring magtaltalan ang isa tungkol sa reaktibo ng isang tambalan, katatagan nito, kung paano at anong mekanismo ang susundin ng molekula kung ito ay reaksyon.

Para sa kadahilanang ito, ang mga istruktura ng Lewis ay hindi tumitigil na isaalang-alang at lubos na kapaki-pakinabang, dahil ang mga bagong pag-aaral ng kemikal ay maaaring mapalagay sa kanila.

Paano ito nagawa?

Upang iguhit o gumuhit ng isang istraktura, pormula o diagram ng Lewis, mahalaga ang kemikal na formula ng tambalan. Kung wala ito, hindi mo alam kung alin ang mga atomo na bumubuo. Sa sandaling kasama nito, ang pana-panahong talahanayan ay ginagamit upang hanapin kung aling mga pangkat ang kanilang kinabibilangan.

Halimbawa, kung mayroon kang tambalang C ₁₄ O ₂ N ₃ pagkatapos ay kailangan mong hanapin ang mga pangkat kung nasaan ang carbon, oxygen at nitrogen. Kapag ito ay tapos na, kahit na ano ang tambalan, ang bilang ng mga valence electron ay nananatiling pareho, kaya maaga o huli ay masaulo nila.

Sa gayon, ang carbon ay kabilang sa pangkat na IVA, oxygen sa pangkat VIA at nitrogen sa VA. Ang bilang ng pangkat ay katumbas ng bilang ng mga valence electron (puntos). Lahat sila ay nasa pangkaraniwang pagkahilig na punan ang valence shell octet.

Ano ang panuntunan ng octet?

Sinasabi nito na may pagkahilig sa mga atoms na makumpleto ang kanilang antas ng enerhiya na may walong elektron upang makamit ang katatagan. Nalalapat ito sa lahat ng mga di-metal na elemento o sa mga natagpuan sa sopas ng mga bloke ng pana-panahong talahanayan.

Gayunpaman, hindi lahat ng mga elemento ay sumusunod sa panuntunan ng octet. Ang mga partikular na kaso ay ang mga riles ng paglipat, na ang mga istraktura ay higit na batay sa pormal na singil at bilang ng kanilang pangkat.

Bilang ng mga electron sa valence shell ng mga di-metal na elemento, ang mga kung saan ang pagpapatakbo ng istruktura ng Lewis.

Paglalapat ng pormula sa matematika

Alam kung aling pangkat ang mga sangkap na nabibilang, at samakatuwid ang bilang ng mga electron ng valence na magagamit upang makabuo ng mga bono, magpatuloy sa sumusunod na pormula, na kapaki-pakinabang para sa pagguhit ng mga istruktura ng Lewis:

C = N - D

Kung saan ang ibig sabihin ng C ay nagbahagi ng mga electron, iyon ay, ang mga nakikilahok sa mga covalent bond. Dahil ang bawat bono ay binubuo ng dalawang elektron, kung gayon ang C / 2 ay katumbas ng bilang ng mga bono (o mga dash) na dapat iguhit.

Ang mga kinakailangang elektron, na dapat magkaroon ng atom sa valence shell upang maging isoelectronic sa marangal na gas na sumusunod sa parehong panahon. Para sa lahat ng mga elemento maliban sa H (dahil nangangailangan ito ng dalawang electron upang ihambing sa Siya) kailangan nila ng walong mga electron.

Ang mga magagamit na mga electron, na natutukoy ng pangkat o mga bilang ng mga valence electron. Kaya, dahil ang Cl ay kabilang sa grupo ng VIIA, dapat itong palibutan ng pitong itim na tuldok o elektron, at tandaan na ang isang pares ay kinakailangan upang makabuo ng isang bono.

Ang pagkakaroon ng mga atomo, ang kanilang mga puntos, at ang bilang ng mga bono ng C / 2, isang istraktura ng Lewis ay maaaring ma-improvise. Ngunit bukod dito, kinakailangan na magkaroon ng isang paniwala ng iba pang mga "panuntunan".

Kung saan ilalagay ang hindi bababa sa mga atom na electronegative

Ang hindi bababa sa mga atom na electronegative sa karamihan ng mga istruktura ay nasakop ang mga sentro. Para sa kadahilanang ito, kung mayroon kang isang tambalan na may mga P, O at F atoms, dapat na matatagpuan ang P sa gitna ng hypothetical na istraktura.

Gayundin, mahalagang tandaan na ang mga hydrogen ay normal na nagbubuklod sa mga highly atom na electronegative. Kung mayroon kang Zn, H at O ​​sa isang tambalan, si H ay sasamahan ng O at hindi kasama si Zn (Zn - O - H at hindi H - Zn - O). May mga pagbubukod sa panuntunang ito, ngunit sa pangkalahatan ito ay nangyayari sa mga hindi metal na atom.

Ang simetrya at pormal na naglo-load

Ang kalikasan ay may mataas na kagustuhan para sa paglikha ng mga istruktura ng molekular na kasing simetriko hangga't maaari. Makakatulong ito na maiwasan ang paglikha ng magulo na mga istruktura, kasama ang mga atomo na nakaayos sa paraang hindi nila sinusunod ang anumang maliwanag na pattern.

Halimbawa, para sa tambalang C ₂ A ₃ , kung saan ang A ay isang kathang-isip na atom, ang malamang na istraktura ay A - C - A - C - A. Pansinin ang simetrya ng mga panig nito, parehong pagmuni-muni ng iba pa.

Ang mga pormal na singil ay may mahalagang papel din sa pagguhit ng mga istruktura ng Lewis, lalo na sa mga ion. Kaya, ang mga bono ay maaaring maidagdag o maalis upang ang pormal na singil ng isang atom ay tumutugma sa kabuuang singil na ipinakita. Ang criterion na ito ay lubos na kapaki-pakinabang para sa mga compound ng transition metal.

Mga Limitasyon sa panuntunan ng octet

Ang kinatawan ng aluminyo trifluoride, isang tambalan na hindi matatag. Ang parehong mga elemento ay binubuo ng anim na elektron, na bumubuo ng tatlong mga covalent bond, kung kailan dapat silang walo upang makamit ang katatagan. Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Hindi lahat ng mga patakaran ay sinusunod, na hindi nangangahulugang mali ang istraktura. Ang mga karaniwang halimbawa nito ay sinusunod sa maraming mga compound kung saan kasangkot ang mga elemento ng IIIA (B, Al, Ga, In, Tl). Ang aluminyo trifluoride (AlF ₃ ) ay partikular na isinasaalang-alang dito .

Ang paglalapat pagkatapos ng pormula na inilarawan sa itaas, mayroon kami:

D = 1 × 3 (isang atom na aluminyo) + 7 × 3 (tatlong mga atom ng fluorine) = 24 na mga electron

Narito ang 3 at 7 ay ang magkakaparehong mga grupo o bilang ng mga valence electron na magagamit para sa aluminyo at fluorine. Pagkatapos, isinasaalang-alang ang kinakailangang mga electron N:

N = 8 × 1 (isang aluminum atom) + 8 × 3 (tatlong fluorine atoms) = 32 electrons

At samakatuwid ang ibinahaging mga electron ay:

C = N - D

C = 32 - 24 = 8 electron

C / 2 = 4 na mga link

Dahil ang aluminyo ay ang hindi bababa sa atom na electronegative, dapat itong ilagay sa gitna, at ang fluorine ay bumubuo lamang ng isang bono. Isinasaalang-alang ito, mayroon kaming istruktura ng Lewis ng AlF ₃ (itaas na imahe). Ang mga nakabahaging elektron ay naka-highlight na may berdeng tuldok upang makilala ang mga ito mula sa mga hindi ibinahagi.

Bagaman ang mga kalkulasyon ay hinuhulaan na 4 na mga bono ay dapat mabuo, ang aluminyo ay walang sapat na mga elektron at mayroon ding walang ikaapat na fluorine atom. Bilang isang resulta, ang aluminyo ay hindi sumusunod sa panuntunan ng octet at ang katotohanang ito ay hindi makikita sa mga kalkulasyon.

Mga halimbawa ng mga istruktura ng Lewis

Iodine

Ang mga nonmetals ng yodo ay may pitong elektron bawat isa, kaya sa pamamagitan ng pagbabahagi ng isa sa mga elektron na ito bawat isa, bumubuo sila ng isang covalent bond na nagbibigay ng katatagan. Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang Iodine ay isang halogen at samakatuwid ay kabilang sa grupo ng VIIA. Sa gayon, mayroong pitong elektron na valence, at ang simpleng molekulang diatomic na ito ay maaaring kinakatawan ng improvising o paglalapat ng pormula:

D = 2 × 7 (dalawang mga iodine atoms) = 14 na mga electron

N = 2 × 8 = 16 elektron

C = 16 - 14 = 2 elektron

C / 2 = 1 link

Tulad ng 14 na mga electron 2 na lumahok sa covalent bond (berdeng tuldok at gitling), 12 ang nananatiling hindi nakabahagi; at dahil sila ay dalawang mga atom ng yodo, 6 ay dapat nahahati para sa isa sa mga ito (ang mga valons electrons). Tanging ang istraktura na ito ay posible sa Molekyul na ito, na ang geometry ay guhit.

Ammonia

Ang Nitrogen ay may 5 elektron, habang ang hydrogen lamang 1. Sapat na makamit ang katatagan sa pamamagitan ng pagtatatag ng tatlong c bonent bond, na binubuo ng isang elektron mula sa N at isa pa mula sa H Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ano ang istraktura ng Lewis para sa molekula ng ammonia? Dahil ang nitrogen ay sa pangkat na VA ay mayroong limang valence electrons, at pagkatapos:

D = 1 × 5 (isang nitrogen atom) + 1 × 3 (tatlong hydrogen atoms) = 8 electrons

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 electron

C = 14 - 8 = 6 elektron

C / 2 = 3 mga link

Sa oras na ito ang formula ay tama sa bilang ng mga link (tatlong berdeng mga link). Tulad ng 6 sa 8 magagamit na mga electron na nakikilahok sa mga bono, may nananatiling hindi pares na pares na matatagpuan sa itaas ng nitrogen atom.

Sinabi ng istrakturang ito ang lahat ng kailangang malaman tungkol sa base ng ammonia. Nag-aaplay ng kaalaman ng TEV at TRPEV, ibinabawas na ang geometry ay tetrahedral na pinangitlog ng free pair ng nitrogen at ang pag-hybrid ng mga ito ay samakatuwid ay sp ³ .

C

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang formula ay tumutugma sa isang organikong compound. Bago ilapat ang formula, dapat itong alalahanin na ang mga hydrogen ay bumubuo ng isang solong bono, dalawa sa oxygen, carbon apat at ang istraktura ay dapat na simetriko hangga't maaari. Ang pagpapatuloy tulad ng sa mga nakaraang halimbawa, mayroon kami:

D = 6 × 1 (anim na hydrogen atoms) + 6 × 1 (isang atom na oxygen) + 4 × 2 (dalawang carbon atoms) = 20 elektron

N = 6 × 2 (anim na hydrogen atoms) + 8 × 1 (isang atom na oxygen) + 8 × 2 (dalawang carbon atoms) = 36 elektron

C = 36 - 20 = 16 elektron

C / 2 = 8 mga link

Ang bilang ng mga berdeng dash ay tumutugma sa 8 kinakalkula na mga link. Ang iminungkahing istraktura ng Lewis ay ang etanol CH ₃ CH ₂ OH. Gayunpaman, magiging tama rin upang maipahiwatig ang istraktura ng dimethyl eter CH ₃ OCH ₃ , na kung saan ay mas simetriko.

Alin sa dalawa ang "higit pa" na tama? Parehong pantay ang pareho, dahil ang mga istruktura ay lumitaw bilang mga istruktura na isomer ng parehong molekular na formula C ₂ H ₆ O.

Permanganate ion

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang sitwasyon ay kumplikado kapag ito ay nais na gumawa ng mga istruktura ng Lewis para sa mga compound ng transition metal. Ang Manganese ay kabilang sa pangkat VIIB, gayon din, ang elektron ng negatibong singil ay dapat idagdag sa mga magagamit na mga elektron. Paglalapat ng formula na mayroon kami:

D = 7 × 1 (isang atom ng mangganeso) + 6 × 4 (apat na oxygen atoms) + 1 beses ang elektron = 32 elektron

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 electron

C = 40 - 32 = 8 na nagbahagi ng mga electron

C / 2 = 4 na mga link

Gayunpaman, ang mga riles ng paglipat ay maaaring magkaroon ng higit sa walong mga electron ng valence. Bukod dito, para sa MnO ₄ ^- ion upang ipakita ang negatibong singil, kinakailangan upang bawasan ang pormal na singil ng mga atomo ng oxygen. Paano? Sa pamamagitan ng dobleng bono.

Kung ang lahat ng mga bono ng MnO ₄ ^- ay simple, ang pormal na singil ng mga oxygens ay magiging katumbas ng -1. Dahil mayroong apat, ang nagreresultang singil ay magiging -4 para sa anion, na malinaw na hindi totoo. Kapag nabuo ang dobleng mga bono, ginagarantiyahan na ang isang solong oxygen ay may negatibong pormal na singil, na makikita sa ion.

Sa permanganate ion ay makikita na mayroong resonance. Ito ay nagpapahiwatig na ang nag-iisang bono Mn - O ay pinahayag sa pagitan ng apat na mga atom.

Dichromate ion

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Sa wakas, ang isang katulad na kaso ay nangyayari sa dichromate ion (Cr ₂ O ₇ ). Ang Chromium ay kabilang sa pangkat ng VIB, kaya't mayroon itong anim na valence electrons. Paglalapat muli ng pormula:

D = 6 × 2 (dalawang mga atom ng kromium) + 6 × 7 (pitong mga atom ng oxygen) + 2 na mga electron beses ang singil ng singil = 56 elektron

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 electron

C = 72 - 56 = 16 na nagbahagi ng mga electron

C / 2 = 8 mga link

Ngunit hindi 8 mga bono, ngunit 12. Para sa parehong mga kadahilanan na natagpuan, sa permanganate ion dalawang mga oxygen na may negatibong pormal na singil ay dapat iwanan na magdagdag ng hanggang sa -2, ang singil ng dichromate ion.

Kaya, bilang maraming mga dobleng bono kung kinakailangan ay idinagdag. Sa ganitong paraan nakarating kami sa istruktura ng Lewis ng imahe para sa Cr ₂ O ₇ ^2–2 .

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral, p 251.
2. Mga Struktura ng Lewis. Kinuha mula sa: chemed.chem.purdue.edu
3. Steven A. Hardinger, Kagawaran ng Chemistry & Biochemistry, UCLA. (2017). Istraktura ng Lewis. Kinuha mula sa: chem.ucla.edu
4. Wayne Breslyn. (2012). Pagguhit ng Mga Struktura ng Lewis. Kinuha mula sa: terpconnect.umd.edu
5. Webmaster. (2012). Ang mga istruktura ni Lewis ("elektron dot"). Kagawaran ng Chemistry, University of Maine, Orono. Kinuha mula sa: chemistry.umeche.maine.edu
6. Lancaster, Sean. (Abril 25, 2017). Paano Malalaman Kung Gaano karaming Dots ang Nasa Struktura ng Lewis Dot ng Elemento. Sciencing. Nabawi mula sa: sciencing.com