Struktura Lewise na konsitu, jak se to dělá, příklady

Lewisova struktura je to celé znázornění kovalentních vazeb uvnitř molekuly nebo iontu. V tom, tyto odkazy a elektrony jsou reprezentovány tečkami nebo dlouhými pomlčkami, ačkoli většina z času body odpovídají neřízeným elektronům a pomlčkám kovalentním vazbám.

Co je však kovalentní vazba? Je to sdílení dvojice elektronů (nebo bodů) mezi dvěma atomy periodické tabulky. S těmito diagramy můžete načrtnout mnoho koster pro určitou sloučeninu. Který z nich je správný, bude záviset na formálních nábojích a chemické povaze stejných atomů.

Na obrázku nahoře máme příklad toho, co je Lewisova struktura. V tomto případě představuje reprezentovaná sloučenina 2-brompropan. Černé tečky odpovídající elektronům mohou být oceněny, a to jak ty, které se účastní spojení, tak i ty nesdílené (jediný pár právě nad Br).

Pokud byly dvojice bodů ":" nahrazeny dlouhým spojovníkem "-", pak bude uhlíkový skelet 2-brompropanu reprezentován jako: C-C-C. Proč namísto "molekulárního rámce" by to nemohlo být C-H-H-C? Odpověď spočívá v elektronických vlastnostech každého atomu.

Protože vodík má pouze jeden elektron a jeden orbitál, který je k dispozici pro naplnění, tvoří pouze jednu kovalentní vazbu. Proto nikdy nemůže tvořit dvě vazby (nesmí být zaměňovány s vodíkovými vazbami). Na druhé straně elektronická konfigurace atomu uhlíku umožňuje (a vyžaduje) tvorbu čtyř kovalentních vazeb.

Z tohoto důvodu musí být Lewisovy struktury, kde C a H zasahují, koherentní a respektují to, co se řídí jejich elektronickými konfiguracemi. Tímto způsobem, pokud má uhlík více než čtyři vazby nebo vodík více než jeden, může být obrys vyřazen a může být spuštěn nový, více v souladu s realitou..

Zde se objevují některé z hlavních důvodů nebo záležitostí těchto struktur, které představil Gilbert Newton Lewis ve svém hledání molekulárních reprezentací věrných experimentálním údajům: molekulární struktura a formální náboje.

Všechny existující sloučeniny mohou být reprezentovány Lewisovými strukturami, což dává první aproximaci toho, jak by mohla být molekula nebo ionty.

Index

1 Jaká je struktura Lewise?
2 Jak se to dělá??
- 2.1 Použití matematického vzorce
- 2.2 Kde umístit nejméně elektronegativní atomy
- 2.3 Symetrie a formální obvinění
3 Omezení pravidla oktetů
4 Příklady Lewisových struktur
- 4.1 Jod
- 4.2 Amoniak
- 4,3 C2H6O
- 4.4 Iman manganistan
- 4.5 Iromdroman
5 Odkazy

Jaká je struktura Lewise?

Je to reprezentativní struktura valenčních elektronů a kovalentních vazeb v molekule nebo iontu, které slouží k získání představy o její molekulární struktuře..

Tato struktura však nedokáže předpovědět některé důležité detaily, jako je molekulární geometrie vzhledem k atomu a jeho prostředí (pokud je čtvercová, trigonální, bipyramidová atd.).

Také neříká nic o tom, co je chemická hybridizace jeho atomů, ale kde jsou dvojité nebo trojné vazby a pokud existuje rezonance ve struktuře.

S touto informací lze argumentovat o reaktivitě sloučeniny, její stabilitě, způsobu a mechanismu, jakým bude molekula následovat, když bude reagovat..

Z tohoto důvodu se struktury Lewise nikdy nepřestávají zvažovat a jsou velmi užitečné, protože v nich mohou být nové chemické poznatky zhuštěny.

Jak se to dělá??

Pro nakreslení nebo načrtnutí struktury, vzorce nebo Lewisova diagramu je nezbytný chemický vzorec sloučeniny. Bez ní nemůžete ani vědět, které atomy to tvoří. Jednou s ním se periodická tabulka používá k vyhledání skupin, do kterých patří..

Pokud máte například sloučeninu C₁₄O₂N₃ pak bychom měli hledat skupiny, kde jsou uhlík, kyslík a dusík. Toto dělalo, bez ohledu na to, co je sloučenina, počet valenčních elektronů zůstává stejný, takže dříve nebo později se zapamatují.

Uhlík tedy patří do skupiny DPH, kyslíku do skupiny VIA a dusíku do VA. Číslo skupiny se rovná počtu valenčních elektronů (bodů). Všechny mají společnou tendenci dokončit oktet valenční vrstvy.

To platí pro všechny nekovové prvky nebo prvky v blocích s nebo p periodické tabulky. Nicméně ne všechny prvky se řídí pravidlem oktetů. Konkrétními případy jsou přechodné kovy, jejichž struktury jsou založeny spíše na formálních poplatcích a jejich skupinovém čísle.

Použití matematického vzorce

Víme, ke které skupině prvky patří, a proto počet valenčních elektronů, které jsou k dispozici pro vytvoření vazeb, pokračujeme následujícím vzorcem, který je užitečný pro kreslení Lewisových struktur:

C = N-D

Kde C znamená sdílené elektrony, to znamená ti, kteří se podílejí na kovalentních vazbách. Protože každý odkaz je tvořen dvěma elektrony, pak C / 2 se rovná počtu odkazů (nebo pomlček), které musí být nakresleny..

N jsou potřebné elektrony, který musí mít atom ve své valenční skořápce, aby byl izoelektronický vůči vzácnému plynu, který jej následuje ve stejném období. Pro všechny jiné elementy než H (protože to vyžaduje dva elektrony být srovnáván s He), oni potřebují osm elektronů.

D jsou dostupné elektrony, které jsou určeny skupinou nebo počtem valenčních elektronů. Jelikož tedy Cl patří do skupiny VIIA, musí být obklopen sedmi černými body nebo elektrony a mějte na paměti, že k vytvoření vazby je třeba dvojice..

S atomy, jejich body a počtem vazeb C / 2 pak může být improvizována Lewisova struktura. Navíc je nutné mít pojem jiných „pravidel“.

Kde umístit nejméně elektronegativní atomy

Méně elektronegativní atomy v převážné většině struktur zabírají centra. Z tohoto důvodu, pokud máte sloučeninu s atomy P, O a F, musí být proto P umístěn ve středu hypotetické struktury.

Také je důležité poznamenat, že atomy vodíku jsou obvykle spojeny s vysoce elektronegativními atomy. Pokud máte sloučeninu Zn, H a O, H bude jít vedle O a ne Zn (Zn-O-H a ne H-Zn-O). Existují výjimky z tohoto pravidla, ale obvykle se vyskytují u nekovových atomů.

Symetrie a formální obvinění

Příroda má velkou preferenci pro původní molekulární struktury co nejsymetrickější. To pomáhá vyhnout se vzniku neuspořádaných struktur, přičemž atomy jsou uspořádány takovým způsobem, že neposlouchají žádný zjevný vzor.

Například pro sloučeninu C₂A₃, kde A je fiktivní atom, nejpravděpodobnější struktura by byla A-C-A-C-A. Všimněte si symetrie jeho stran, obou odrazů druhého.

Formální náboje také hrají důležitou roli při kreslení struktur Lewis, zejména pro ionty. Tak mohou být přidány nebo odstraněny vazby, takže formální náboj atomu odpovídá celkovému vystavenému náboji. Toto kritérium je velmi užitečné pro sloučeniny přechodných kovů.

Omezení pravidla oktetů

Ne všechna pravidla jsou splněna, což nemusí nutně znamenat, že struktura je nesprávná. Typické příklady jsou pozorovány v mnoha sloučeninách, kde jsou zahrnuty prvky skupiny IIIA (B, Al, Ga, In, Tl). Specificky se zde uvažuje fluorid hlinitý (AlF)₃).

Použijeme-li výše uvedený vzorec, máme:

D = 1 × 3 (jeden atom hliníku) + 7 × 3 (tři atomy fluoru) = 24 elektronů

3 a 7 jsou příslušné skupiny nebo počty valenčních elektronů dostupných pro hliník a fluor. Pak s ohledem na potřebné elektrony N:

N = 8 × 1 (jeden atom hliníku) + 8 × 3 (tři atomy fluoru) = 32 elektronů

Společné elektrony jsou tedy:

C = N-D

C = 32 - 24 = 8 elektronů

C / 2 = 4 odkazy

Protože hliník je nejméně elektronegativní atom, musí být umístěn ve středu a fluor tvoří pouze vazbu. Vzhledem k tomu máme strukturu Lewisovy struktury AlF₃ (horní obrázek) Sdílené elektrony jsou zvýrazněny zelenými tečkami, aby se odlišily od nesdílených.

Ačkoli výpočty předpovídají, že existují 4 vazby, které musí být vytvořeny, hliník postrádá dostatek elektronů a navíc zde není žádný čtvrtý atom fluoru. V důsledku toho hliník nevyhovuje oktetovému pravidlu a tato skutečnost se ve výpočtech neodráží.

Příklady Lewisových struktur

Jód

Jod je halogen a proto patří do skupiny VIIA. Má pak sedm valenčních elektronů a tato jednoduchá diatomická molekula může být reprezentována improvizací nebo použitím vzorce:

D = 2 × 7 (dva atomy jodu) = 14 elektronů

N = 2 x 8 = 16 elektronů

C = 16 - 14 = 2 elektrony

C / 2 = 1 odkaz

Jak 14 elektronů 2 se účastní kovalentní vazby (zelené tečky a spojovník), 12 zůstane jako ne sdílené; a protože jsou to dva atomy jódu, 6 musí být rozděleno na jeden z nich (jejich valenční elektrony). V této molekule je možná pouze tato struktura, jejíž geometrie je lineární.

Čpavek

Jaká je Lewisova struktura molekuly amoniaku? Protože dusík je z VA skupiny, má pět valenčních elektronů a pak:

D = 1 × 5 (jeden atom dusíku) + 1 × 3 (tři atomy vodíku) = 8 elektronů

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 elektronů

C = 14 - 8 = 6 elektronů

C / 2 = 3 odkazy

Tentokrát vzorec uspěje s počtem odkazů (tři zelené odkazy). Jak 8 dostupných elektronů 6 se účastní spojení, tam je nesdílený pár, který je lokalizován nad atomem dusíku.

Tato struktura říká vše, co by mělo být známo o bázi amoniaku. Použitím znalostí TEV a TRPEV je odvozeno, že geometrie je tetrahedrální deformovaná volným párem dusíku a že hybridizace je tedy sp³.

C₂H₆O

Vzorec odpovídá organické sloučenině. Před použitím vzorce je třeba pamatovat na to, že vodíky tvoří jednoduchou vazbu, kyslík dva, uhlík čtyři a že struktura musí být co nejvíce symetrická. Jako v předchozích příkladech máme:

D = 6 × 1 (šest atomů vodíku) + 6 × 1 (jeden atom kyslíku) + 4 × 2 (dva atomy uhlíku) = 20 elektronů

N = 6 × 2 (šest atomů vodíku) + 8 × 1 (jeden atom kyslíku) + 8 × 2 (dva atomy uhlíku) = 36 elektronů

C = 36 - 20 = 16 elektronů

C / 2 = 8 spojení

Počet zelených čárek odpovídá 8 vypočteným vazbám. Navrhovaná Lewisova struktura je struktura CH ethanolu₃CH₂OH. Bylo by však také správné navrhnout strukturu dimethyletheru CH₃OCH₃, který je ještě symetrický.

Který z nich je "více" správný? Obě jsou stejné, protože struktury vznikly jako strukturní izomery stejného molekulárního vzorce C₂H₆O.

Ionový manganistan

Situace je komplikovaná, když je žádoucí vytvořit Lewisovy struktury pro sloučeniny přechodných kovů. Mangan patří do skupiny VIIB, podobně jako elektrony záporného náboje musí být přidán mezi dostupné elektrony. Použití vzorce, který máte:

D = 7 × 1 (jeden atom manganu) + 6 × 4 (čtyři atomy kyslíku) + 1 elektron na náboj = 32 elektronů

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 elektronů

C = 40 - 32 = 8 sdílených elektronů

C / 2 = 4 odkazy

Přechodné kovy však mohou mít více než osm valenčních elektronů. Také pro iont MnO₄^- vykazují záporný náboj, je nutné snížit formální náboje atomů kyslíku. Jak? Přes dvojité vazby.

Pokud všechny vazby MnO₄^- byly jednoduché, formální obvinění kyslíků by se rovnalo -1. Protože tam jsou čtyři, výsledný poplatek by byl -4 pro anion, který očividně není pravdivý. Když jsou vytvořeny dvojné vazby, je zaručeno, že jediný kyslík má negativní formální náboj, odrážený v iontu.

V iontu manganistanu je vidět, že existuje rezonance. To znamená, že jednoduchá jednoduchá vazba Mn-O je delokalizována mezi čtyřmi atomy O..

Iromdroman

Konečně, podobný případ nastává s iontem dichromanu (Cr₂O₇). Chrom patří do skupiny VIB, takže má šest valenčních elektronů. Opětovné použití vzorce:

D = 6 × 2 (dva atomy chromu) + 6 × 7 (sedm atomů kyslíku) + 2 elektrony na divalentní náboj = 56 elektronů

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 elektronů

C = 72 - 56 = 16 sdílených elektronů