Struktura Lewisa u obliku, kako se to radi, primjeri

Lewisova struktura Sve je to predstavljanje kovalentnih veza unutar molekule ili iona. U njoj su te veze i elektroni predstavljeni točkicama ili dugim crtama, iako većina točaka odgovaraju nepodijeljenim elektronima i crtama kovalentnim vezama..

Ali što je kovalentna veza? To je dijeljenje para elektrona (ili točaka) između bilo kojih dva atoma periodnog sustava. Pomoću ovih dijagrama možete skicirati mnoge kosture za određeni spoj. Koji je ispravan, ovisit će o formalnim optužbama i kemijskoj prirodi istih atoma.

Na slici iznad imamo primjer onoga što je Lewisova struktura. U ovom slučaju, predstavljeni spoj je 2-bromopropan. Crne točkice koje odgovaraju elektronima mogu se cijeniti, i one koje sudjeluju u linkovima i one koje nisu zajedničke (jedini par neposredno iznad Br).

Ako su parovi točaka ":" zamijenjeni dugom crticom "-", tada bi ugljikov skelet 2-bromopropana bio predstavljen kao: C-C-C. Zašto, umjesto crteža "molekularnog okvira", nije li to mogao biti C-H-H-C? Odgovor leži u elektronskim karakteristikama svakog atoma.

Stoga, budući da vodik ima samo jedan elektron i jednu orbitalu za popunjavanje, on tvori samo jednu kovalentnu vezu. Stoga nikada ne može formirati dvije veze (ne smije se brkati s vodikovim vezama). S druge strane, elektronska konfiguracija ugljikovog atoma omogućuje (i zahtijeva) formiranje četiri kovalentne veze.

Iz tog razloga Lewisove strukture u kojima C i H interveniraju moraju biti koherentne i poštivati ono što se upravlja njihovim elektroničkim konfiguracijama. Na taj način, ako ugljik ima više od četiri veze, ili vodik više od jednog, onda se obris može odbaciti i može se započeti novi, više u skladu sa stvarnošću..

Ovdje se pojavljuju neki od glavnih razloga ili leđa tih struktura, koje je Gilbert Newton Lewis uveo u potrazi za molekularnim reprezentacijama vjernim eksperimentalnim podacima: molekularna struktura i formalne naboje..

Svi postojeći spojevi mogu biti predstavljeni Lewisovim strukturama, što daje prvu aproksimaciju kako bi molekula ili ioni mogli biti.

indeks

1 Koja je struktura Lewisa?
2 Kako se to radi??
- 2.1 Primjena matematičke formule
- 2.2 Gdje smjestiti najmanje elektronegativne atome
- 2.3. Simetrija i formalne optužbe
3 Ograničenja pravila okteta
4 Primjeri Lewisovih struktura
- 4.1 Jod
- 4.2 Amonijak
- 4,3 C2H6O
- 4.4 Iman permanganat
- 4.5 Ion dikromat
5 Reference

Što je struktura Lewisa?

To je reprezentativna struktura valentnih elektrona i kovalentnih veza u molekuli ili ionu koji služi za dobivanje ideje o njegovoj molekularnoj strukturi.

Međutim, ova struktura ne uspijeva predvidjeti neke važne detalje kao što je geometrija molekula s obzirom na atom i njegovu okolinu (ako je kvadratna, trigonalna, bipiramidalna itd.).

Također, ništa ne govori o tome što je to kemijska hibridizacija njegovih atoma, ali gdje su dvostruke ili trostruke veze i ako postoji rezonancija u strukturi.

S ovom informacijom može se raspravljati o reaktivnosti spoja, njegovoj stabilnosti, načinu i mehanizmu koji će molekula slijediti kada reagira.

Zbog toga se strukture Lewisa nikada ne prestaju razmatrati i vrlo su korisne, jer se u njima nove kemijske spoznaje mogu sažeti.

Kako se to radi??

Za crtanje ili skiciranje strukture, formule ili Lewisovog dijagrama neophodna je kemijska formula spoja. Bez nje ne možete ni znati koji su to atomi koji to čine. Jednom s njom, periodni sustav se koristi za lociranje grupa kojima pripadaju..

Na primjer, ako imate spoj C₁₄O₂N₃ onda bismo trebali tražiti skupine u kojima se nalaze ugljik, kisik i dušik. To je učinjeno, bez obzira na to što je spoj, broj valentnih elektrona ostaje isti, tako da se prije ili kasnije pamte.

Tako, ugljik pripada grupi za PDV, kisiku skupini VIA i dušiku VA. Broj grupa jednak je broju valentnih elektrona (točaka). Svi oni imaju zajedničku tendenciju da popune oktet sloja valencije.

To se odnosi na sve nemetalne elemente ili one koji se nalaze u blokovima s ili p periodnog sustava. Međutim, nisu svi elementi u skladu s pravilom okteta. Posebni slučajevi su prijelazni metali, čije se strukture više temelje na formalnim optužbama i njihovom broju skupina.

Primjena matematičke formule

Znajući kojoj skupini pripadaju elementi i stoga broj dostupnih valentnih elektrona za povezivanje, nastavljamo sa sljedećom formulom koja je korisna za crtanje Lewisovih struktura:

C = N-D

Gdje C znači zajednički elektroni, to jest, oni koji sudjeluju u kovalentnim vezama. Budući da je svaka veza sastavljena od dva elektrona, C / 2 je jednak broju veza (ili crtica) koje se moraju nacrtati.

N su potrebni elektroni, koji mora imati atom u svojoj valentnoj ljusci biti izoelektronski za plemeniti plin koji ga slijedi u istom razdoblju. Za sve elemente osim H (budući da zahtijeva dva elektrona koji se uspoređuju s He), potrebni su im osam elektrona.

D su dostupni elektroni, koji su određeni skupinom ili brojevima valentnih elektrona. Stoga, budući da Cl pripada skupini VIIA, ona mora biti okružena sa sedam crnih točaka ili elektrona, i imajte na umu da je potreban par da bi se formirala veza.

Imajući atome, njihove točke i broj C / 2 veza, Lewisova struktura tada može biti improvizirana. No, osim toga, potrebno je imati pojam drugih "pravila".

Gdje smjestiti najmanje elektronegativne atome

Što manje elektonegativnih atoma u velikoj većini struktura zauzimaju centri. Iz tog razloga, ako imate spoj s atomima P, O i F, P se stoga mora smjestiti u središte hipotetske strukture.

Također je važno napomenuti da su atomi vodika obično povezani s visoko elektronegativnim atomima. Ako imate spoj Zn, H i O, H će ići pored O, a ne sa Zn (Zn-O-H, a ne s H-Zn-O). Postoje iznimke od ovog pravila, ali se obično događa s nemetalnim atomima.

Simetrija i formalne optužbe

Priroda ima visoku sklonost izvornim molekularnim strukturama što je moguće više simetričnih. To pomaže da se izbjegne postavljanje neuređenih struktura, pri čemu su atomi raspoređeni na takav način da ne poštuju nikakav vidljivi uzorak.

Na primjer, za spoj C₂₃, gdje je A fiktivni atom, najvjerojatnija struktura bi bila A-C-A-C-A. Zabilježite simetriju njegovih strana, obje refleksije druge.

Formalne optužbe također igraju važnu ulogu pri crtanju Lewisovih struktura, osobito za one iona. Dakle, veze se mogu dodati ili ukloniti tako da formalni naboj atoma odgovara ukupnom prikazanom naboju. Ovaj kriterij je vrlo koristan za spojeve prijelaznih metala.

Ograničenja pravila okteta

Nisu ispunjena sva pravila, što ne znači nužno da je struktura netočna. Tipični primjeri za to su uočeni u mnogim spojevima gdje su uključeni elementi skupine IIIA (B, Al, Ga, In, Tl). Ovdje se posebno razmatra aluminijev trifluorid (AlF)₃).

Primjenjujući tada gore opisanu formulu, imamo:

D = 1 × 3 (jedan atom aluminija) + 7 × 3 (tri atoma fluora) = 24 elektrona

Ovdje su 3 i 7 odgovarajuće skupine ili brojevi valentnih elektrona dostupni za aluminij i fluor. Zatim, uzimajući u obzir potrebne elektrone N:

N = 8 × 1 (jedan atom aluminija) + 8 × 3 (tri atoma fluora) = 32 elektrona

Stoga su zajednički elektroni:

C = N-D

C = 32 - 24 = 8 elektrona

C / 2 = 4 veze

Budući da je aluminij najmanje elektronegativan atom, on mora biti smješten u središte, a fluor formira samo vezu. S obzirom na to, imamo Lewisovu strukturu AlF-a₃ (gornja slika) Zajednički elektroni označeni su zelenim točkama kako bi ih se razlikovalo od ne-zajedničkih.

Iako proračuni predviđaju da postoje 4 veze koje moraju biti formirane, aluminij nema dovoljno elektrona i osim toga ne postoji četvrti atom fluora. Kao rezultat toga, aluminij nije u skladu s pravilom okteta i ta se činjenica ne odražava u izračunima.

Primjeri Lewisovih struktura

jod

Jod je halogen i stoga pripada skupini VIIA. Tada ima sedam valentnih elektrona, a ova jednostavna dvoatomska molekula može se predstaviti improvizacijom ili primjenom formule:

D = 2 × 7 (dva atoma joda) = 14 elektrona

N = 2 × 8 = 16 elektrona

C = 16 - 14 = 2 elektrona

C / 2 = 1 veza

Od 14 elektrona 2 sudjeluju u kovalentnoj vezi (zelene točkice i crtice), 12 ostaje kao ne dijeljeno; i zato što su dva atoma joda, 6 mora biti podijeljeno za jedan od njih (njihovi valentni elektroni). U ovoj molekuli moguća je samo ova struktura, čija je geometrija linearna.

amonijumov

Što je Lewisova struktura za molekulu amonijaka? Budući da je dušik iz VA grupe, ima pet valentnih elektrona, a zatim:

D = 1 × 5 (jedan atom dušika) + 1 × 3 (tri atoma vodika) = 8 elektrona

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 elektrona

C = 14 - 8 = 6 elektrona

C / 2 = 3 veze

Ovaj put formula uspijeva s brojem veza (tri zelene veze). Budući da od 8 dostupnih elektrona 6 sudjeluju u vezama, postoji ne-zajednički par koji je smješten iznad atoma dušika.

Ova struktura govori sve što bi trebalo znati o bazi amonijaka. Primjenjujući znanje TEV i TRPEV, zaključuje se da je geometrija tetraedarska izobličena slobodnim parom dušika i da je zbog toga hibridizacija sp³.

C₂H₆O

Formula odgovara organskom spoju. Prije primjene formule, treba imati na umu da vodici tvore jednostruku vezu, kisik dva, ugljik četiri i da struktura mora biti što je više moguće simetrična. Nastavljajući se kao prethodni primjeri, imamo:

D = 6 × 1 (šest atoma vodika) + 6 × 1 (jedan atom kisika) + 4 × 2 (dva ugljikova atoma) = 20 elektrona

N = 6 × 2 (šest atoma vodika) + 8 × 1 (jedan atom kisika) + 8 × 2 (dva ugljikova atoma) = 36 elektrona

C = 36 - 20 = 16 elektrona

C / 2 = 8 veza

Broj zelenih crtica odgovara 8 izračunatih veza. Predložena Lewisova struktura je CH etanol₃CH₂OH. Međutim, također bi bilo ispravno predložiti strukturu dimetil etera CH₃OCH₃, što je još simetričnije.

Koja je od ta dva "više" ispravna? Obje su jednako, budući da su se strukture pojavile kao strukturni izomeri iste molekularne formule C₂H₆O.

Ionski permanganat

Situacija je komplicirana kada se želi napraviti Lewisove strukture za spojeve prijelaznih metala. Mangan pripada grupi VIIB, a elektroni negativnog naboja moraju biti dodani među raspoložive elektrone. Primjenjujući formulu imate:

D = 7 × 1 (jedan atom mangana) + 6 × 4 (četiri atoma kisika) + 1 elektron po naboju = 32 elektrona

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 elektrona

C = 40 - 32 = 8 zajedničkih elektrona

C / 2 = 4 veze

Međutim, prijelazni metali mogu imati više od osam valentnih elektrona. Također, za MnO ion₄^- pokazati negativni naboj potrebno je smanjiti formalne naboje atoma kisika. Kako? Kroz dvostruke veze.

Ako su sve veze MnO₄^- bile jednostavne, formalne naboje kisika bi bile jednake -1. Budući da postoje četiri, rezultirajući naboj bi bio -4 za anion, što očito nije točno. Kada se formiraju dvostruke veze, zajamčeno je da jedan kisik ima negativni formalni naboj, koji se reflektira u ionu.

U permanganatnom ionu može se vidjeti da postoji rezonancija. To znači da je jednostavna jednostavna veza Mn-O delokalizirana između četiri O atoma..

Ionski dikromat

Naposljetku, sličan slučaj se javlja s dikromatskim ionom (Cr₂O₇). Krom pripada skupini VIB, tako da ima šest valentnih elektrona. Ponovno primjena formule:

D = 6 × 2 (dva kromova atoma) + 6 × 7 (sedam atoma kisika) + 2 elektrona po dvovalentnom naboju = 56 elektrona

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 elektrona

C = 72 - 56 = 16 zajedničkih elektrona