วิธีการวาดโครงสร้าง Lewis หรือโครงสร้างจุดอิเล็กตรอน

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

Tabla de Contenidos


โครงสร้างของลูอิสเป็นตัวแทนของโมเลกุลและสารประกอบไอออนิกที่แสดงการกระจายตัวของเวเลนต์อิเล็กตรอนในสารเหล่านี้ ตลอดจนวิธีที่อะตอมใช้อิเล็กตรอนเหล่านี้ร่วมกันเพื่อสร้างพันธะเคมี พวกเขาขึ้นอยู่กับสัญลักษณ์จุด Lewis เช่นเดียวกับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละองค์ประกอบที่เป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบ

ในโครงสร้างของลูอิส พันธะโคเวเลนต์จะแสดงด้วยเส้น ซึ่งแต่ละเส้นจะแทนคู่ของอิเล็กตรอนที่มีพันธะกัน ในขณะที่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งปันจะแสดงเป็นจุดที่อยู่รอบๆ อะตอมแต่ละตัว ในลักษณะเดียวกับที่ทำกับสัญลักษณ์จุดของลูอิส

โครงสร้างเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถให้คำอธิบายเบื้องต้นเกี่ยวกับพันธะเคมีระหว่างสองอะตอมได้ง่ายมาก จากโครงสร้าง Lewis ของสารประกอบ สามารถสรุปเกี่ยวกับรูปร่างและรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล ตลอดจนอธิบายคุณสมบัติของสารต่างๆ เช่น ความเป็นขั้ว จุดหลอมเหลวและจุดเดือด และแม้กระทั่งปฏิกิริยาทางเคมี

การเป็นตัวแทนประเภทนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในเคมีอินทรีย์ ซึ่งช่วยให้เราสังเกตการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในการกระจายของอิเล็กตรอนได้อย่างชัดเจนเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี ซึ่งช่วยให้เราสามารถอธิบายกลไกที่ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น

องค์ประกอบที่ประกอบกันเป็นโครงสร้างของลูอิส

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น โครงสร้างของลูอิสใช้สัญลักษณ์จุดของลูอิส สิ่งเหล่านี้เขียนขึ้นโดยเริ่มจากสัญลักษณ์ทางเคมีของอะตอมที่เป็นปัญหา จากนั้นจึงวาดเวเลนต์อิเล็กตรอนที่กระจายอยู่รอบๆ ในรูปของจุด

ในโครงสร้างแบบลิวอิส อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกันระหว่างสองอะตอมจะแสดงเป็นจุดที่อยู่เหนือหรือใต้สัญลักษณ์ทางเคมี หรือทั้งสองด้านของอะตอม แล้วแต่กรณี

ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนแต่ละคู่ที่เป็นส่วนหนึ่งของพันธะโควาเลนต์จะแสดงในโครงสร้างของลูอิสด้วยเส้นทึบที่เชื่อมระหว่างจุดศูนย์กลางของอะตอมที่มีพันธะทั้งสอง

แต่คุณจะวาดโครงสร้าง Lewis ได้อย่างไร? สิ่งนี้กลายเป็นเรื่องง่ายกว่าที่คิดมากและเกี่ยวข้องกับการทำตามขั้นตอนที่สั่งไว้และใช้สามัญสำนึกเพียงเล็กน้อยเมื่อจำเป็น

กฎสำหรับการวาดโครงสร้าง Lewis

เพื่อให้ง่ายต่อการเขียนโครงสร้างของ Lewis คุณควรมีข้อมูลพื้นฐานก่อนที่จะเริ่ม:

  • สูตรโมเลกุลของสารประกอบที่คุณต้องการวาดโครงสร้าง รวมทั้งประจุไฟฟ้าด้วย ในกรณีที่เป็นไอออน ตัวอย่างเช่น หากเราต้องการเขียนโครงสร้างของลิวอิสของไนเตรตไอออน ก็จำเป็นต้องรู้ว่าสูตรของมันคือ NO 3 .
  • ต้องทราบจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมที่มีอยู่ในสูตรโมเลกุล ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนเป็นธาตุที่มีเวเลนต์อิเล็กตรอน 5 ตัว ในขณะที่ออกซิเจนมี 6 สำหรับธาตุที่เป็นตัวแทน การรู้จำนวนนี้เป็นเรื่องง่ายมาก จำเป็นเท่านั้นที่จะรู้ว่ามันอยู่ในกลุ่มใด เนื่องจากองค์ประกอบทั้งหมดในกลุ่มมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน
  • มักจะเป็นประโยชน์ (แม้ว่าจะไม่จำเป็นอย่างยิ่ง) ในการมีแนวคิดเกี่ยวกับค่าอิเลคโตรเนกาติวิตี้สัมพัทธ์ของแต่ละอะตอมในสูตร สิ่งสำคัญในที่นี้ไม่ใช่การรู้ว่าค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมีค่าเท่าใด แต่ให้รู้ว่าองค์ประกอบใดมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากหรือน้อยกว่าองค์ประกอบอื่น

เมื่อรวบรวมข้อมูลพื้นฐานนี้แล้ว เราจะดำเนินการอธิบายขั้นตอนที่จำเป็นในการเขียนโครงสร้าง Lewis

โครงสร้าง Lewis ทีละขั้นตอน

ขั้นตอนด้านล่างสามารถนำไปใช้กับสารเคมีทุกชนิด รวมถึงสารประกอบโมเลกุลโควาเลนต์หรือที่เป็นกลาง ไอออนเชิงเดี่ยวหรือเชิงซ้อน หรือโดยสารประกอบไอออนิกที่ขยายออกไป เช่น เกลือไอออนิกหรือออกไซด์

ขั้นตอนที่ 1: นับจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมด

โครงสร้างลิวอิสต้องประกอบด้วยเวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมดขององค์ประกอบทั้งหมดที่มีอยู่ในโมเลกุล และต้องแน่ใจว่าสมดุลของประจุไฟฟ้าถูกเติมเต็ม ในการหาจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด เพียงเพิ่มผลคูณของจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุในสูตรและจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนของธาตุนั้น และในตอนท้าย ให้ลบประจุไฟฟ้าออก หากมี สูตรคือ:

การคำนวณจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมด

ตัวอย่าง:

ถ้าเราเขียนโครงสร้างของลิวอิสของไนเตรตไอออน (NO 3 ) ซึ่งมี 1 N, 3 O และมีประจุเป็น –1 จำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมดจะเป็นดังนี้

ตัวอย่างการคำนวณจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 2: เขียนโครงสร้างพื้นฐานของโมเลกุล

ประกอบด้วยการระบุว่าอะตอมใดจะเชื่อมต่อกับอะตอมอื่น (สิ่งที่เรียกว่าการเชื่อมต่อของโมเลกุล) กล่าวอีกนัยหนึ่งโครงกระดูกพื้นฐานของโมเลกุลจะถูกสร้างขึ้น

กฎทั่วไปบางประการที่ควรทราบเมื่อดำเนินการตามขั้นตอนนี้คือ:

  • อะตอมกลางมักจะมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุด
  • อะตอมของไฮโดรเจนจะไปที่ปลายสุดเสมอ ไม่เคยอยู่ตรงกลาง เช่นเดียวกับฮาโลเจนในสารประกอบส่วนใหญ่ที่ไม่จับกับออกซิเจน
  • สามารถเสนอโครงสร้างที่เป็นไปได้มากกว่าหนึ่งแบบ ภายหลังจะมีการพิจารณาว่าสิ่งใดน่าจะเป็นไปได้มากกว่ากัน

ตัวอย่าง – ไนเตรตไอออน

ตัวอย่างของขั้นตอนทั้งหมดที่นำเสนอข้างต้นแสดงโดยไอออนไนเตรต ซึ่งเป็นไอออนโพลิอะตอมมิกที่ก่อตัวขึ้นจากออกซิเจนสามตัวและไนโตรเจนหนึ่งตัวเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ในกรณีนี้ องค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้าลบน้อยที่สุดคือไนโตรเจน ดังนั้นมันจึงถูกวางไว้ตรงกลาง และออกซิเจนสามตัวจะถูกกระจายไปด้านข้าง:

ขั้นตอนที่ 1 ของการเขียนโครงสร้าง Lewis

ขั้นตอนที่ 3: วาดพันธะโควาเลนต์เดี่ยวระหว่างอะตอมทั้งหมดที่เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน

หลังจากขั้นตอนนี้ สารประกอบจะเริ่มมีรูปร่างเป็นโมเลกุล พันธะสุดท้ายสามารถกลายเป็นสองเท่าหรือสามเท่าได้ แต่พวกมันทั้งหมดเริ่มต้นจากพันธะเดี่ยว

ไนเตรตไอออนต่อไป

ขั้นตอนที่ 2 ของการเขียนโครงสร้าง Lewis

ขั้นตอนที่ 4: เติมเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่เหลือลงในออคเตต โดยเริ่มจากอิเล็กตรอนที่มีประจุลบมากที่สุด

หลังจากลดอิเล็กตรอนที่เป็นส่วนหนึ่งของพันธะแล้ว อิเล็กตรอนที่เหลือจะถูกเพิ่มเป็นคู่รอบๆ ธาตุที่มีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุดเพื่อทำให้ออกเตตสมบูรณ์ (ยกเว้นไฮโดรเจน)

ไนเตรตไอออนต่อไป

ขั้นตอนที่ 3 ของการเขียนโครงสร้าง Lewis

ขั้นตอนที่ 5: สร้างลิงค์หลาย ๆ อันหากจำเป็น

หากเกิดขึ้นที่ปลายเวเลนต์อิเล็กตรอนบางอะตอมเหลือออคเตตที่ไม่สมบูรณ์ ให้ใช้อิเล็กตรอนคู่ที่ไม่แบ่งจากอะตอมข้างเคียงเพื่อสร้างพันธะคู่หรือสองคู่เพื่อสร้างพันธะสามหากจำเป็น

ไนเตรตไอออนต่อไป

ขั้นตอนที่ 4 ของการเขียนโครงสร้าง Lewis

ขั้นตอนที่ 6: คำนวณค่าบริการอย่างเป็นทางการ (ไม่บังคับ)

เมื่อขั้นตอนที่ 5 เสร็จสิ้น โครงสร้างของโมเลกุลจะถูกวาดอย่างสมบูรณ์ เหลือเพียงการเพิ่มค่าไฟฟ้าหากมี ณ จุดนี้ คุณสามารถดำเนินการได้สองวิธี อย่างแรกคือถ้ามีประจุสุทธิ (ในกรณีของไอออน) ให้ใส่โครงสร้างทั้งหมดไว้ในวงเล็บเหลี่ยมและเพิ่มประจุเป็นตัวยก ประการที่สอง (ซึ่งดีกว่า) ประกอบด้วยการกำหนดประจุอย่างเป็นทางการ (CF) ในแต่ละอะตอมของโครงสร้าง

สิ่งนี้ทำได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

การคำนวณค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการในโครงสร้าง Lewis

ไนเตรตไอออนต่อไป

ในกรณีของไอออนไนเตรต ประจุที่เป็นทางการของอะตอมไนโตรเจนคือ:

ตัวอย่างการคำนวณค่าธรรมเนียมอย่างเป็นทางการในโครงสร้าง Lewis

ประจุอย่างเป็นทางการของออกซิเจนทั้งสองประเภทคือ:

การคำนวณประจุออกซิเจนอย่างเป็นทางการในโครงสร้างลูอิส

การคำนวณค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการในโครงสร้าง Lewis

หลังจากคำนวณประจุที่เป็นทางการแล้ว ประจุเหล่านี้จะถูกวางไว้ข้างๆ อะตอมแต่ละอะตอมที่ไม่เป็นกลาง จะมีการตรวจสอบว่าผลรวมของประจุทั้งหมดส่งผลให้ประจุสุทธิของไอออน (หรือศูนย์ ถ้าโมเลกุลเป็นกลาง) ดังที่เห็นในภาพต่อไปนี้ ผลรวมของค่าใช้จ่ายทั้งหมดคือ +1-2=-1

โครงสร้างลิวอิสของไนเตรตไอออน

ตัวอย่างโครงสร้างของลูอิส

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น สามารถเขียนโครงสร้างของลูอิสของสารเคมีชนิดใดก็ได้ ด้านล่างนี้คือตัวอย่างบางส่วนของโครงสร้างของสารประกอบประเภทต่างๆ:

สารประกอบโมเลกุลที่เป็นกลาง – เอทิลีน

สูตรโครงสร้างของเอทิลีน

สารประกอบไอออนิกอย่างง่าย – โซเดียมคลอไรด์

โครงสร้างลิวอิสของโซเดียมคลอไรด์

สารประกอบไอออนิกที่ซับซ้อนมากขึ้น – โซเดียมไนเตรตและแอมโมเนียมไนเตรต

โครงสร้างลูอิสของโซเดียมไนเตรต
โครงสร้างลิวอิสของแอมโมเนียมไนเตรต

อ้างอิง

ดอกไม้, P., Theopold, K., Langely, R., Robinson, WR, & O. (2019) เคมี 2e ( ฉบับ ที่ 2 ) : OpenStax .

สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) (2557). IUPAC – สูตร Lewis (จุดอิเล็กตรอนหรือโครงสร้าง Lewis) (L03513) สืบค้นจากhttps://goldbook.iupac.org/terms/view/L03513

-โฆษณา-

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

Artículos relacionados