Как да нарисувате структури на Луис или структури с електронни точки

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Структурите на Люис са представяния на молекули и йонни съединения, които показват разпределението на валентните електрони в тези вещества, както и начина, по който атомите споделят тези електрони, за да образуват химични връзки. Те се основават на символите на точката на Луис, както и на електронната конфигурация на всеки елемент, който е част от съединението.

В структурите на Луис ковалентните връзки са представени от линии, всяка от които представлява свързваща двойка електрони, докато несподелените електрони са представени като точки, разположени около всеки атом, по същия начин, както се прави със символите с точки на Луис.

Тези структури ни позволяват да дадем много опростено първо описание на химическата връзка между два атома. От структурата на Люис на дадено съединение могат да се направят изводи за формата и молекулната геометрия, както и да се обяснят свойства на веществата като полярност, точки на топене и кипене и дори химическа реактивност.

Тези видове представяния са особено полезни в органичната химия, където ни позволяват ясно да наблюдаваме промените, които настъпват в разпределението на електроните, когато протича химическа реакция, което от своя страна ни позволява да изясним механизмите, чрез които протичат химичните реакции.

Елементи, които изграждат структура на Люис

Както бе споменато по-горе, структурите на Луис се основават на символи с точки на Луис. Те са написани, като се започне с химическия символ на въпросния атом и след това се изчертават валентните електрони, разпределени около него под формата на точки.

В структурата на Луис електроните, които не са споделени между два атома, са представени като точки, разположени над или под химическия символ, или към която и да е от двете му страни, в зависимост от случая.

Всяка двойка електрони, която е част от ковалентна връзка, от друга страна, е представена в структура на Луис чрез плътна линия, свързваща центъра на двата свързани атома.

Но как да начертаете структура на Люис? Това се оказва много по-просто, отколкото изглежда, и включва само следване на поредица от подредени стъпки и прилагане на малко здрав разум, когато е необходимо.

Правила за чертане на структурата на Люис

За да улесните писането на структури на Lewis, трябва да имате малко основна информация, преди да започнете:

  • Молекулната формула на съединението , чиято структура искате да начертаете, включително електрическия заряд, в случай че е йон. Например, ако искаме да запишем структурата на Луис на нитратния йон, тогава е необходимо да знаем, че неговата формула е NO 3 .
  • Трябва да се знае броят на валентните електрони на всеки от атомите, присъстващи в молекулната формула . Например, азотът е елемент, който има 5 валентни електрона, докато кислородът има 6. За представителните елементи познаването на това число е много лесно. Необходимо е само да се знае към коя група принадлежи, тъй като всички елементи в групата имат еднакъв брой валентни електрони.
  • Често е полезно (макар и не е строго необходимо) да имате представа за относителната електроотрицателност на всеки атом във формулата. Важното тук не е да знаем колко струва електроотрицателността, а да знаем кой елемент е повече или по-малко електроотрицателен от останалите.

След като тази основна информация бъде събрана, ние продължаваме да описваме стъпките, необходими за написване на структурата на Луис.

Луис структурира стъпка по стъпка

Стъпките по-долу могат да бъдат приложени към всякакви химични видове, включително ковалентни или неутрални молекулни съединения, едноатомни или многоатомни йони или като разширение йонни съединения като йонни соли или оксиди.

Стъпка 1: Пребройте общия брой валентни електрони.

Структурата на Луис трябва да включва всички валентни електрони на всички елементи, присъстващи в молекулата, и трябва да гарантира, че балансът на електрическите заряди е изпълнен. За да намерите общия брой електрони, просто добавете произведението от броя на атомите на всеки елемент във формулата и неговия брой валентни електрони и накрая извадете електрическия заряд, ако има такъв. Формулата е:

Изчисляване на общия брой валентни електрони

Пример:

Ако запишем структурата на Люис на нитратния йон (NO 3 ), който има 1 N, 3 O и заряд –1, тогава общият брой валентни електрони е:

Примерно изчисляване на общия брой валентни електрони

Стъпка 2: Напишете основната структура на молекулата.

Това се състои в посочване кой атом ще бъде свързан с кой друг атом (това, което се нарича свързаност на молекулата). С други думи, основният скелет на молекулата ще бъде установен.

Някои общи правила, които трябва да имате предвид, когато извършвате тази стъпка, са:

  • Централният атом е почти винаги най-малко електроотрицателен от всички.
  • Водородните атоми винаги отиват в краищата, никога в центъра. Същото важи и за халогените в повечето съединения, където те не са свързани с кислорода.
  • Могат да бъдат предложени повече от една възможна структура. По-късно се определя кое е по-вероятно.

Пример – нитратният йон

Илюстративен пример за всички стъпки, представени по-горе, е представен от нитратния йон, който е многоатомен йон, образуван от три кислорода и един азот, свързани заедно чрез ковалентни връзки. В този случай най-малко електроотрицателният елемент е азотът, така че той е поставен в центъра, а трите кислорода са разпределени отстрани:

Стъпка 1 от писане на структури на Люис

Стъпка 3: Начертайте единична ковалентна връзка между всички атоми, които са свързани заедно.

След тази стъпка съединението започва да придобива формата на молекула. Крайните връзки могат да станат двойни или тройни, но всички те започват като единични връзки.

нитратен йон продължава

Стъпка 2 от писане на структури на Люис

Стъпка 4: Попълнете октетите с останалите валентни електрони, като започнете с най-електроотрицателния.

След дисконтиране на електроните, които са част от връзките, останалите електрони се добавят по двойки около най-електроотрицателните елементи, за да завършат техните октети (с изключение на водорода).

нитратен йон продължава

Стъпка 3 от писане на структури на Луис

Стъпка 5: Формирайте множество връзки, ако е необходимо.

Ако се случи така, че в края на валентните електрони някой атом остане с непълния си октет, използвайте несподелена двойка електрони от съседен атом, за да образувате двойна връзка или две двойки, за да образувате тройна връзка, ако е необходимо.

нитратен йон продължава

Стъпка 4 от писане на структури на Луис

Стъпка 6: Изчислете официални такси (по избор).

След като стъпка 5 е завършена, структурата на молекулата е напълно изчертана. Остава само да добавим електрическите заряди, ако има такива. На този етап можете да продължите по два различни начина. Първото е, че ако има нетен заряд (в случай на йон), ограждате цялата структура в квадратни скоби и добавяте заряда като горен индекс. Вторият (който е за предпочитане) се състои в определяне на формалния заряд (CF) на всеки атом от структурата.

Това става с помощта на следната формула:

Изчисляване на формален заряд в структури на Люис

нитратен йон продължава

В случая на нитратния йон формалният заряд на азотния атом е:

Пример за формално изчисляване на заряд в структури на Люис

Официалните заряди на двата налични вида кислород са:

Изчисляване на формален заряд на кислород в структури на Люис

Изчисляване на формален заряд в структури на Люис

След изчисляване на официалните заряди, те се поставят до всеки атом, който не е неутрален, потвърждава се, че сумата от всички заряди води до нетния заряд на йона (или нула, ако молекулата е неутрална). Както може да се види на следното изображение, сумата от всички такси е +1-2=-1

Структура на Люис на нитратния йон

Пример за структури на Люис

Както бе споменато по-горе, могат да бъдат записани структури на Луис от всеки химически вид. По-долу са дадени някои примери за структури на различни видове съединения:

Неутрални молекулни съединения – Етилен

Структурна формула на етилена

Прости йонни съединения – натриев хлорид

Луисови структури на натриев хлорид

По-сложни йонни съединения – натриев нитрат и амониев нитрат

Структура на Люис на натриев нитрат
Структура на Люис на амониев нитрат

Препратки

Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR, & O. (2019). Химия 2e (2-ро изд .). :OpenStax .

Международният съюз по чиста и приложна химия (IUPAC). (2014 г.). IUPAC – формула на Луис (електронна точка или структура на Люис) (L03513). Извлечено от https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados