Wie man Lewis-Strukturen oder Elektronenpunktstrukturen zeichnet

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Lewis-Strukturen sind Darstellungen von Molekülen und ionischen Verbindungen, die die Verteilung der Valenzelektronen in diesen Substanzen sowie die Art und Weise zeigen, wie Atome diese Elektronen teilen, um chemische Bindungen zu bilden. Sie basieren auf den Lewis-Punktsymbolen sowie der elektronischen Konfiguration jedes Elements, das Teil der Verbindung ist.

In Lewis-Strukturen werden kovalente Bindungen durch Linien dargestellt, von denen jede ein bindendes Elektronenpaar darstellt, während nicht geteilte Elektronen als Punkte dargestellt werden, die sich um jedes Atom befinden, auf die gleiche Weise wie bei Lewis-Punktsymbolen.

Diese Strukturen erlauben uns eine sehr vereinfachte erste Beschreibung der chemischen Bindung zwischen zwei Atomen. Aus der Lewis-Struktur einer Verbindung lassen sich Rückschlüsse auf Form und Molekülgeometrie ziehen sowie Stoffeigenschaften wie Polarität, Schmelz- und Siedepunkt oder sogar chemische Reaktivität erklären.

Diese Arten von Darstellungen sind besonders nützlich in der organischen Chemie, wo sie es uns ermöglichen, die Änderungen, die in der Verteilung von Elektronen auftreten, wenn eine chemische Reaktion auftritt, klar zu beobachten, was uns wiederum ermöglicht, die Mechanismen aufzuklären, durch die chemische Reaktionen ablaufen.

Elemente, aus denen eine Lewis-Struktur besteht

Wie oben erwähnt, basieren Lewis-Strukturen auf Lewis-Punktsymbolen. Diese werden beginnend mit dem chemischen Symbol des betreffenden Atoms geschrieben und dann die darum verteilten Valenzelektronen in Form von Punkten gezeichnet.

In einer Lewis-Struktur werden die Elektronen, die nicht zwischen zwei Atomen geteilt werden, als Punkte dargestellt, die sich über oder unter dem chemischen Symbol oder je nach Fall auf einer seiner beiden Seiten befinden.

Jedes Elektronenpaar, das Teil einer kovalenten Bindung ist, wird andererseits in einer Lewis-Struktur durch eine durchgezogene Linie dargestellt, die die Mitte der beiden gebundenen Atome verbindet.

Aber wie zeichnet man eine Lewis-Struktur? Dies stellt sich als viel einfacher heraus, als es scheint, und beinhaltet nur das Befolgen einer Reihe von geordneten Schritten und die Anwendung von ein wenig gesundem Menschenverstand, wenn nötig.

Regeln zum Zeichnen der Lewis-Struktur

Um das Schreiben von Lewis-Strukturen zu erleichtern, sollten Sie einige Hintergrundinformationen haben, bevor Sie beginnen:

  • Die Summenformel der Verbindung , deren Struktur Sie zeichnen möchten, einschließlich der elektrischen Ladung, falls es sich um ein Ion handelt. Wenn wir zum Beispiel die Lewis-Struktur des Nitrations aufschreiben wollen, dann muss man wissen, dass seine Formel NO 3 ist .
  • Die Zahl der Valenzelektronen jedes der in der Summenformel vorhandenen Atome muss bekannt sein . Zum Beispiel ist Stickstoff ein Element mit 5 Valenzelektronen, während Sauerstoff 6 hat. Für repräsentative Elemente ist es sehr einfach, diese Zahl zu kennen. Man muss nur wissen, zu welcher Gruppe es gehört, da alle Elemente innerhalb einer Gruppe die gleiche Anzahl an Valenzelektronen haben.
  • Es ist oft hilfreich (wenn auch nicht unbedingt notwendig), eine Vorstellung von den relativen Elektronegativitäten jedes Atoms in der Formel zu haben . Wichtig ist hier nicht zu wissen, wie viel Elektronegativität wert ist, sondern zu wissen, welches Element mehr oder weniger elektronegativ ist als die anderen.

Sobald diese grundlegenden Informationen gesammelt sind, beschreiben wir die Schritte, die zum Schreiben der Lewis-Struktur erforderlich sind.

Lewis-Strukturen Schritt für Schritt

Die nachstehenden Schritte können auf jede chemische Spezies angewendet werden, einschließlich kovalenter oder neutraler molekularer Verbindungen, einatomiger oder mehratomiger Ionen oder im weiteren Sinne auf ionische Verbindungen wie ionische Salze oder Oxide.

Schritt 1: Zählen Sie die Gesamtzahl der Valenzelektronen.

Die Lewis-Struktur muss alle Valenzelektronen aller im Molekül vorhandenen Elemente enthalten und sicherstellen, dass das Gleichgewicht der elektrischen Ladungen erfüllt ist. Um die Gesamtzahl der Elektronen zu ermitteln, addieren Sie einfach das Produkt aus der Anzahl der Atome jedes Elements in der Formel und seiner Anzahl der Valenzelektronen und subtrahieren am Ende die elektrische Ladung, falls vorhanden. Die Formel lautet:

Berechnung der Gesamtzahl der Valenzelektronen

Beispiel:

Wenn wir die Lewis-Struktur des Nitrations (NO 3 ) schreiben, das 1 N, 3 O und eine Ladung von –1 hat, dann ist die Gesamtzahl der Valenzelektronen:

Beispielrechnung der Gesamtzahl der Valenzelektronen

Schritt 2: Schreiben Sie die Grundstruktur des Moleküls auf.

Dies besteht darin, anzugeben, welches Atom mit welchem ​​anderen Atom verbunden wird (was als Konnektivität des Moleküls bezeichnet wird). Mit anderen Worten, das Grundgerüst des Moleküls wird aufgebaut.

Einige allgemeine Regeln, die Sie bei der Durchführung dieses Schritts beachten sollten, sind:

  • Das Zentralatom ist fast immer am wenigsten elektronegativ.
  • Wasserstoffatome gehen immer an die Enden, niemals in die Mitte. Dasselbe gilt für die Halogene in den meisten Verbindungen, wo sie nicht an Sauerstoff gebunden sind.
  • Es kann mehr als eine mögliche Struktur vorgeschlagen werden. Später wird bestimmt, was wahrscheinlicher ist.

Beispiel – Das Nitration

Ein veranschaulichendes Beispiel für alle oben dargestellten Schritte wird durch das Nitration dargestellt, das ein mehratomiges Ion ist, das aus drei Sauerstoffatomen und einem Stickstoffatom besteht, die durch kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. In diesem Fall ist Stickstoff das am wenigsten elektronegative Element, daher wird es in der Mitte platziert und die drei Sauerstoffatome werden an den Seiten verteilt:

Schritt 1 des Schreibens von Lewis-Strukturen

Schritt 3: Zeichnen Sie eine einzelne kovalente Bindung zwischen allen Atomen, die miteinander verbunden sind.

Nach diesem Schritt beginnt die Verbindung, die Form eines Moleküls anzunehmen. Endbindungen können doppelt oder dreifach werden, aber sie beginnen alle als Einfachbindungen.

Nitration fortgesetzt

Schritt 2 des Schreibens von Lewis-Strukturen

Schritt 4: Füllen Sie die Oktetts mit den verbleibenden Valenzelektronen aus, beginnend mit dem elektronegativsten.

Nach Abzug der Elektronen, die Teil der Bindungen sind, werden die verbleibenden Elektronen paarweise um die elektronegativsten Elemente hinzugefügt, um ihre Oktette zu vervollständigen (mit Ausnahme von Wasserstoff).

Nitration fortgesetzt

Schritt 3 des Schreibens von Lewis-Strukturen

Schritt 5: Bilden Sie bei Bedarf mehrere Links.

Wenn am Ende der Valenzelektronen ein Atom mit seinem unvollständigen Oktett übrig bleibt, verwenden Sie gegebenenfalls ein ungeteiltes Elektronenpaar eines Nachbaratoms zur Bildung einer Doppelbindung oder zwei Paare zur Bildung einer Dreifachbindung.

Nitration fortgesetzt

Schritt 4 des Schreibens von Lewis-Strukturen

Schritt 6: Formalgebühren berechnen (optional).

Sobald Schritt 5 abgeschlossen ist, ist die Struktur des Moleküls vollständig gezeichnet. Es müssen nur noch die elektrischen Ladungen hinzugefügt werden, falls vorhanden. An dieser Stelle können Sie auf zwei verschiedene Arten vorgehen. Das erste ist, dass Sie bei einer Nettoladung (im Fall eines Ions) die gesamte Struktur in eckige Klammern einschließen und die Ladung hochgestellt hinzufügen. Die zweite (bevorzugte) besteht darin, die formale Ladung (CF) an jedem Atom der Struktur zu bestimmen.

Dies geschieht mit folgender Formel:

Berechnung der Formalladung in Lewis-Strukturen

Nitration fortgesetzt

Im Fall des Nitrations ist die Formalladung des Stickstoffatoms:

Beispiel für Formalladungsberechnung in Lewis-Strukturen

Die Formalladungen der beiden vorhandenen Sauerstoffarten sind:

Berechnung der Formalladung von Sauerstoff in Lewis-Strukturen

Berechnung der Formalladung in Lewis-Strukturen

Nach der Berechnung der Formalladungen werden diese neben jedes nicht neutrale Atom gestellt, es wird überprüft, ob die Summe aller Ladungen die Nettoladung des Ions ergibt (oder Null, wenn das Molekül neutral ist). Wie im folgenden Bild zu sehen ist, beträgt die Summe aller Ladungen +1-2=-1

Lewis-Struktur des Nitrations

Beispiel für Lewis-Strukturen

Wie oben erwähnt, können Lewis-Strukturen beliebiger chemischer Spezies geschrieben werden. Im Folgenden sind einige Beispiele für Strukturen verschiedener Arten von Verbindungen aufgeführt:

Neutrale molekulare Verbindungen – Ethylen

Strukturformel von Ethylen

Einfache ionische Verbindungen – Natriumchlorid

Lewis-Strukturen von Natriumchlorid

Komplexere ionische Verbindungen – Natriumnitrat und Ammoniumnitrat

Lewis-Struktur von Natriumnitrat
Lewis-Struktur von Ammoniumnitrat

Verweise

Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR, & O. (2019). Chemie 2e (2. Aufl .). : OpenStax .

Die Internationale Union für Reine und Angewandte Chemie (IUPAC). (2014). IUPAC – Lewis-Formel (Elektronenpunkt oder Lewis-Struktur) (L03513). Abgerufen von https://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513

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

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