Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.6: структури молекул Льюїса

  • Page ID
    25435
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Льюїс символи стихії

    Символ елемента Льюїса показує символ елемента з валентними електронами, показаними у вигляді точок, розташованих зверху, знизу, ліворуч та праворуч від символу. Валентні електрони до чотирьох показані як одна точка по обидва боки символу. 5-й, 6-й, 7-й і 8-й валентні електронні точки парні з будь-якою з перших чотирьох точок. Наприклад,clipboard_eadbc69a648dc0454c6722924ade4268b.png представляють водень, берилій, бор, вуглець, азот, фтор і неон з 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 і 10 валентними електронами відповідно. Символи Льюїса перших двадцяти елементів наведені в розділі 2.6, Таблиця 1.

    Льюїс структури простих молекул

    Непарна точка в символі Льюїса елемента може скласти один зв'язок, поділивши її з непарною крапкою іншого атома. Спільна пара точок являє собою пару склеюючих електронів, ковалентний зв'язок. Наприклад, як показано нижче, атом водню має один непарний валентний електрон і створює ковалентний зв'язок з іншим атомом водню.

    clipboard_e21508f7048cc1672e88a06c886fe52bf.png

    Ковалентний зв'язок зазвичай представлений єдиною лінією між зв'язаними атомами, наприклад, молекула Н 2, показана у наведеному вище рівнянні, зазвичай показана як H-H. Прикладом може служити реакція між воднем, що має один валентний електрон, і вуглецем, що має чотири валентні електрони, реагують на утворення молекули CH 4.

    clipboard_ea97699e8a9a017289ba9b4d9183d91c1.png

    Аналогічно водень реагує з азотом, киснем та фтором, утворюючи такі молекули:clipboard_e4b8d82e6fd809cfac7afeb60f656f44a.pngclipboard_ee650d977745f9f8c9cf1145060069f9e.png,, іclipboard_e240fec2ca7b2193fddd9b9394a4095e8.png. Кожна лінія в цих молекулах являє собою зв'язкову електронну пару, а пара точок представляють валентні електрони, які не беруть участі в зв'язку, звані самотньою парою електронів. Самотня пара зазвичай опускається зі структури Льюїса, якщо це не потрібно, щоб підкреслити їх присутність з якоїсь причини.

    Порядок написання структур Льюїса молекул

    Системний підхід до написання структури молекул Льюїса пояснюється за допомогою наступного прикладу.

    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Намалюйте структури Льюїса CH 4, pCl 3, CO 2 та HCN

    Рішення

    Крок 1: Додайте валентні електрони всіх атомів молекул:

    • СН 4 має 4 валентних електронів в С, і по 1 в кожному з чотирьох Н: = 4 + 1x4 = 8 валентних електронів
    • pCl 3 має 5 валентних електродів в P і 7 в кожному з трьох Cl: = 5 + 7x3 = 26 валентних електронів
    • СО 2 має 4 валентних електронів в С і 6 в кожному з двох O: = 4 + 6x2 = 16 валентних електронів
    • HCN має 1 валентний електрон в Н, 4 в С і 5 в N: = 1 + 4 + 5 = 10 валентних електронів

    Крок 2: Помістіть символ елемента з більшою кількістю відхилень, тобто маючи більше непарних точок у своїй структурі Льюїса, в центрі та решту атомів з чотирьох сторін:

    clipboard_efc466c0b1290eff175b92896ebbbcae7.png

    Крок 3: Намалюйте лінію між зовнішнім атомом і центральним атомом, щоб представити єдиний ковалентний зв'язок:

    clipboard_e880d54c72d93f1bd18799194afe8f9bc.png

    Крок 4: Кожен окремий зв'язок споживає два валентні електрони. Відніміть загальну кількість валентних електронів, спожитих у всіх зв'язках, із загальної валентності, спочатку присутніх на кроці 1:

    • СН 4: зв'язок 4 = 8 спожитих електронів. 8 - 8 = 0 електронів залишилося
    • pCl 3: зв'язок 3 = 6 спожитих електронів. 26-6 = 20 електронів залишилося
    • СО 2: зв'язок 2 = спожиті 4 електрони. 16 - 4 = 12 електронів залишилося
    • HCN: 2 зв'язку = 4 спожиті електрони. 10 - 4 = 6 електронів залишилося

    Крок 5: Розподіліть решту електронів як самотні пари, спочатку на зовнішні атоми, щоб завершити їх октет (дует у випадку водню), а потім до центрального атома, щоб завершити його октет

    clipboard_efca00b618aa1338cc26b9350da580f08.png

    Крок 6: Переконайтеся, що октет кожного атома повний (дует для водню). Якщо так, структура Льюїса є повною, наприклад, як у випадках CH 4 та pCl 3 у цих прикладах. Якщо ні, перемістіть одну з одиноких пар електронів з сусіднього атома, щоб зробити подвійний зв'язок, як показано стрілками червоного кольору на малюнку на попередньому кроці. Якщо октет ще не повний, перемістіть ще одну самотню пару електронів з сусіднього атома: з того ж атома зробити потрійний зв'язок, як у випадку з HCN вище, або з іншого сусіднього атома, щоб зробити дві подвійні зв'язки, як у випадку СО 2 вище. Результатом є структури Льюїса, показані нижче.

    clipboard_e49f65916c0ca5e80790135b6c394d3f3.png

    Примітка

    Щоб намалювати структуру Льюїса найбільш стійкої форми, постарайтеся зберегти ковалентні зв'язки з атомом, рівним кількості непарних точок в символі Льюїса атомів. Наприклад,clipboard_e9adf21feaa0d3c8b7bb58278cac62647.png мають 1, 1, 2, 3 і 4 непарних електронів. Так, водень робить один, фтор один, кисень два, азот 3 і вуглець чотири ковалентні зв'язки в стабільних молекулах. При витягуванні самотньої пари з сусідніх атомів необхідно для отримання подвійної або потрійної зв'язку, краще тримати отримане число ковалентних зв'язків рівним числу непарних електронів в символі Льюїса атома. Наприклад, у випадку молекули CO 2, якби обидві одинокі пари були витягнуті з одного кисню на кроці 6 вище, отримана структура Льюїса була бclipboard_e7d8d4b111e9e9b1469b3a99a79ed7a1c.png, яка є технічно правильною структурою Льюїса, але не найстабільнішою формою цієї молекули. Відзначимо, що остання структура має одну ковалентну зв'язок в одному кисні і три ковалентні зв'язку в іншому замість двох ковалентних зв'язків, необхідних для кисню.

    Винятки з правила октету

    Правило октета зазвичай застосовується в більшості випадків, але є винятки в декількох випадках:

    1. Атоми водню, літію та берилію мають тенденцію ділитися, втрачати або отримувати валентні електрони, щоб придбати електронну конфігурацію найближчого гелію благородного газу, що має два валентні електрони. Це називається правилом дуету.
    2. Іноді атоми можуть опинитися в сполуках з менш ніж вісьмома валентними електронами. Таке часто трапляється у випадку сполук бору і з'єднань алюмінію 13 групи. Наприклад, бор має три валентні електрони, в результаті чого утворюються такі сполуки, як BF 3 з трьома ковалентними зв'язками і шість замість восьми валентних електронів навколо бору.
    3. Атоми елементів в періоді три і далі іноді потрапляють в сполуки з більш ніж вісьмома валентними електронами. Наприклад, pCl 3 має октет повний, але pCl 5 має 10 валентних електронів. Аналогічно сірка має свій октет повний в H 2 S, але має 12 валентних електронів в H 2 SO 4. Це відбувається тому, що атоми в періоді три і далі мають більші розміри, і вони мають валентні електрони на орбіталах d або f на додаток до валентних s і p орбіталів. У таблиці 1 наведено деякі приклади винятків з правила октету.
    Таблиця 1: Деякі приклади винятків з правила октету.

    Структура

    Ч:

    clipboard_ec3e0dac2cee1517f32753f2a54f2b6a6.png

    clipboard_ed3532410856c9e14208d946c8ccca198.png

    clipboard_eb55a844dd2e759ce58220bccfc9d284c.png

    clipboard_e43cd4dc37eeace147bca61f4ad1b5e97.png

    Ім'я

    Водень

    Дихлорид берилію

    Трифторид бору

    Пентафторид фосфору

    Сірчана кислота

    Валентні електрони на центральному атомі

    2

    4

    6

    10

    12