Hogyan rajzoljunk Lewis-struktúrákat vagy elektronpont-struktúrákat

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

A Lewis-struktúrák olyan molekulák és ionos vegyületek ábrázolásai, amelyek megmutatják a vegyértékelektronok eloszlását ezekben az anyagokban, valamint azt a módot, ahogyan az atomok megosztják ezeket az elektronokat a kémiai kötések kialakítása érdekében. A Lewis-pont szimbólumokon, valamint a vegyület részét képező egyes elemek elektronikus konfigurációján alapulnak.

A Lewis-struktúrákban a kovalens kötéseket vonalak ábrázolják, amelyek mindegyike egy-egy kötő elektronpárt jelent, míg a meg nem osztott elektronok az egyes atomok körül elhelyezkedő pontokként vannak ábrázolva, ugyanúgy, mint a Lewis-pont szimbólumok esetében.

Ezek a szerkezetek lehetővé teszik számunkra, hogy egy nagyon leegyszerűsített első leírást adjunk a két atom közötti kémiai kötésről. Egy vegyület Lewis-szerkezetéből következtetések vonhatók le az alakra és a molekula geometriájára, valamint megmagyarázhatók az anyagok tulajdonságai, például polaritás, olvadás- és forráspont, sőt kémiai reakciókészség is.

Az ilyen típusú ábrázolások különösen hasznosak a szerves kémiában, ahol lehetővé teszik számunkra, hogy világosan megfigyeljük az elektronok eloszlásában bekövetkező változásokat kémiai reakciók során, ami viszont lehetővé teszi a kémiai reakciók létrejöttének mechanizmusainak tisztázását.

A Lewis szerkezetet alkotó elemek

Mint fentebb említettük, a Lewis-struktúrák Lewis-pont szimbólumokon alapulnak. Ezeket a kérdéses atom vegyjelével kezdjük, majd pontok formájában rajzoljuk meg a körülötte eloszló vegyértékelektronokat.

A Lewis-szerkezetben a két atom között meg nem osztott elektronok a vegyjel felett vagy alatt, vagy annak két oldalán elhelyezkedő pontokként jelennek meg.

A kovalens kötés részét képező elektronpárokat viszont egy Lewis-szerkezetben egy folytonos vonal ábrázolja, amely összeköti a két kötött atom középpontját.

De hogyan rajzoljunk Lewis-struktúrát? Ez sokkal egyszerűbbnek bizonyul, mint amilyennek látszik, és csak egy sor rendezett lépést kell követni, és szükség esetén egy kis józan észt alkalmazni.

A Lewis-struktúra rajzolásának szabályai

A Lewis-struktúrák megírásának megkönnyítése érdekében, mielőtt elkezdené, rendelkeznie kell néhány háttérinformációval:

  • Annak a vegyületnek a molekulaképlete, amelynek szerkezetét meg kívánja rajzolni, beleértve az elektromos töltést is, ha ionról van szó. Például, ha a nitrátion Lewis szerkezetét akarjuk felírni, akkor tudni kell, hogy a képlete NO 3 .
  • Ismerni kell a molekulaképletben szereplő egyes atomok vegyértékelektronjainak számát . Például a nitrogén egy olyan elem, amelynek 5 vegyértékelektronja van, míg az oxigénnek 6. A reprezentatív elemek esetében nagyon könnyű tudni ezt a számot. Csak azt kell tudni, hogy melyik csoportba tartozik, mivel egy csoporton belül minden elem azonos számú vegyértékelektronnal rendelkezik.
  • Gyakran hasznos (bár nem feltétlenül szükséges), ha fogalmunk van a képletben szereplő egyes atomok relatív elektronegativitásairól . Itt nem az a fontos, hogy tudjuk, mennyit ér az elektronegativitás, hanem az, hogy tudjuk, melyik elem nagyobb vagy kevésbé elektronegatív, mint a többi.

Miután ezeket az alapvető információkat összegyűjtöttük, folytatjuk a Lewis-struktúra megírásához szükséges lépések leírását.

Lewis szerkezetek lépésről lépésre

Az alábbi lépések bármely kémiai anyagra alkalmazhatók, beleértve a kovalens vagy semleges molekuláris vegyületeket, egyatomos vagy többatomos ionokat, vagy kiterjesztett ionos vegyületeket, például ionos sókat vagy oxidokat.

1. lépés: Számolja meg a vegyértékelektronok teljes számát.

A Lewis-szerkezetnek tartalmaznia kell a molekulában jelenlévő összes elem összes vegyértékelektronját, és biztosítania kell, hogy az elektromos töltések egyensúlya teljesüljön. Az elektronok teljes számának meghatározásához egyszerűen adja össze a képletben szereplő egyes elemek atomjainak számának és vegyértékelektronjainak szorzatát, majd a végén vonja ki az elektromos töltést, ha van ilyen. A képlet a következő:

A vegyértékelektronok teljes számának kiszámítása

Példa:

Ha az 1 N, 3 O tartalmú és –1 töltésű nitrátion (NO 3 – ) Lewis szerkezetét írjuk, akkor a vegyértékelektronok teljes száma:

Példa a vegyértékelektronok teljes számának kiszámítására

2. lépés: Írd le a molekula alapvető szerkezetét!

Ez annak jelzéséből áll, hogy melyik atom melyik másik atomhoz kapcsolódik (ezt a molekula összekapcsolhatóságának nevezzük). Más szavakkal, a molekula alapváza létrejön.

Néhány általános szabály, amelyet szem előtt kell tartani ennek a lépésnek a végrehajtásakor:

  • A központi atom szinte mindig a legkevésbé elektronegatív az összes közül.
  • A hidrogénatomok mindig a végein mennek, soha nem a közepén. Ugyanez igaz a legtöbb vegyületben található halogénekre, ahol nem kötődnek oxigénhez.
  • Egynél több lehetséges szerkezet javasolható. Később kiderül, melyik a valószínűbb.

Példa – A nitrát ion

A fent bemutatott lépések szemléltető példája a nitrátion, amely három oxigénből és egy nitrogénatomból kovalens kötésekkel összekapcsolt többatomos ion. Ebben az esetben a legkevésbé elektronegatív elem a nitrogén, ezért ez kerül középre, és a három oxigén eloszlik az oldalakon:

A Lewis-struktúrák írásának 1. lépése

3. lépés: Rajzolj egyetlen kovalens kötést az összes kapcsolódó atom között.

E lépés után a vegyület elkezdi felvenni a molekula alakját. A végkötések kettős vagy hármas kötésekké válhatnak, de mindegyik egyszeres kötésből indul ki.

nitrát ion folytatta

A Lewis-struktúrák megírásának 2. lépése

4. lépés: Töltse ki az oktetteket a maradék vegyértékelektronokkal, kezdve a legelektronegatívabbal.

A kötések részét képező elektronok diszkontálása után a fennmaradó elektronokat páronként hozzáadják a leginkább elektronegatív elemek köré, hogy teljessé tegyék oktetteiket (a hidrogén kivételével).

nitrát ion folytatta

A Lewis-struktúrák megírásának 3. lépése

5. lépés: Ha szükséges, hozzon létre több hivatkozást.

Ha megtörténik, hogy a vegyértékelektronok végén néhány atom a hiányos oktettjével marad, használjon egy szomszédos atom meg nem osztott elektronpárját kettős kötés kialakításához, vagy két pár hármas kötés kialakításához, ha szükséges.

nitrát ion folytatta

A Lewis-struktúrák megírásának 4. lépése

6. lépés: Számítsa ki a hivatalos költségeket (opcionális).

Az 5. lépés befejezése után a molekula szerkezete teljesen megrajzolódik. Már csak az elektromos töltéseket kell hozzáadni, ha vannak ilyenek. Ezen a ponton két különböző módon folytathatja. Az első az, hogy ha van nettó töltés (ion esetén), akkor a teljes szerkezetet szögletes zárójelbe teszed, és a töltést felső indexként adja hozzá. A második (ami előnyös) a formális töltés (CF) meghatározása a szerkezet minden atomján.

Ez a következő képlet segítségével történik:

Formális töltés számítása Lewis-struktúrákban

nitrát ion folytatta

A nitrátion esetében a nitrogénatom formális töltése:

Példa formális töltésszámításra Lewis-struktúrákban

A jelenlévő kétféle oxigén formális töltése a következő:

Az oxigén formális töltésének kiszámítása Lewis-struktúrákban

Formális töltés számítása Lewis-struktúrákban

A formális töltések kiszámítása után ezeket minden nem semleges atom mellé helyezzük, igazoljuk, hogy az összes töltés összege adja az ion nettó töltését (vagy nullát, ha a molekula semleges). Amint az a következő képen látható, az összes töltés összege +1-2=-1

A nitrát ion Lewis szerkezete

Példa Lewis szerkezetekre

Mint fentebb említettük, bármilyen kémiai faj Lewis-struktúrája felírható. Az alábbiakban néhány példa a különböző típusú vegyületek szerkezetére:

Semleges molekuláris vegyületek – etilén

Az etilén szerkezeti képlete

Egyszerű ionos vegyületek – nátrium-klorid

A nátrium-klorid Lewis-struktúrái

Összetettebb ionos vegyületek – nátrium-nitrát és ammónium-nitrát

A nátrium-nitrát Lewis szerkezete
Az ammónium-nitrát Lewis szerkezete

Hivatkozások

Flowers, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR és O. (2019). Kémia 2e (2. kiadás ). :OpenStax .

A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (IUPAC). (2014). IUPAC – Lewis-képlet (elektronpont vagy Lewis-struktúra) (L03513). Letöltve: 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