9.2: Електронні діаграми Льюїса

Мета навчання

• Намалюйте електронну точкову діаграму Льюїса для атома або одноатомного іона.

Майже у всіх випадках хімічні зв'язки утворюються взаємодіями валентних електронів в атомах. Щоб полегшити наше розуміння того, як взаємодіють валентні електрони, простий спосіб представлення цих валентних електронів був би корисним.

Електронна точкова діаграма Льюїса (або електронна точкова діаграма, або діаграма Льюїса, або структура Льюїса) - це подання валентних електронів атома, який використовує точки навколо символу елемента. Кількість точок дорівнює числу валентних електронів в атомі. Ці точки розташовані праворуч і ліворуч і вище і нижче символу, з не більше двох точок на стороні. (Порядок, в якому використовуються позиції, не має значення.) Наприклад, електронна точкова діаграма Льюїса для водню просто

\[\mathbf{H}\mathbf{\cdot}\nonumber \]

Оскільки сторона не важлива, електронну діаграму Льюїса також можна намалювати наступним чином:

\[\mathbf{\dot{H}}\; \; or\; \mathbf{\cdot}\mathbf{H}\; \; \; or\; \; \; \mathbf{\underset{.}H}\nonumber \]

Електронна точкова діаграма гелію, з двома валентними електронами, виглядає наступним чином:

\[\mathbf{He}\mathbf{:}\nonumber \]

Поклавши два електрони разом на одній стороні, ми підкреслюємо той факт, що ці два електрони знаходяться в підоболонці 1 s; це загальна конвенція, яку ми приймемо, хоча пізніше будуть винятки. Наступний атом, літій, має електронну конфігурацію 1 s ^{2 2} s ¹, тому він має лише один електрон у своїй валентній оболонці. Його електронна точкова діаграма нагадує діаграму водню, крім символу літію використовується:

\[\mathbf{Li}\mathbf{\cdot}\nonumber \]

Берилій має два валентні електрони в оболонці 2 s, тому його електронна точкова діаграма схожа на діаграму гелію:

\[\mathbf{Be}\mathbf{:}\nonumber \]

Наступний атом - бор. Його валентна електронна оболонка становить ² s 2 2 p ¹, тому вона має три валентних електронів. Третій електрон піде на іншу сторону символу:

\[\mathbf{\dot{Be}}\mathbf{:}\nonumber \]

Знову ж таки, неважливо, з яких сторін символу розташовані електронні точки.

Для вуглецю існує чотири валентні електрони, два в підоболонці 2 s і два в підоболонці 2 p. Як завжди, ми намалюємо дві точки разом з одного боку, щоб представити 2 s електрони. Однак умовно малюємо точки для двох p електронів з різних сторін. Таким чином, електронна точкова діаграма для вуглецю виглядає наступним чином:

\[\mathbf{\cdot \dot{C}}\mathbf{:}\nonumber \]

З N, який має три p електронів, ставимо по одній крапці на кожній з трьох інших сторін:

\[\mathbf{\cdot}\mathbf{\dot{\underset{.}N}}\mathbf{:}\nonumber \]

Для кисню, який має чотири p електронів, тепер ми повинні почати подвоєння на крапках на одній іншій стороні символу. При подвоєнні електронів переконайтеся, що сторона має не більше двох електронів.

\[\mathbf{\cdot}\mathbf{\ddot{\underset{.}O}}\mathbf{:}\nonumber \]

Фтор і неон мають сім і вісім точок відповідно:

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.}F}}\mathbf{:}\nonumber \]

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Ne}}\mathbf{:}\nonumber \]

З наступним елементом, натрієм, процес починається з одного електрона, оскільки натрій має один електрон у своїй оболонці з найвищою нумерацією, оболонкою n = 3. Пройшовши періодичну таблицю, ми бачимо, що електронно-точкові діаграми атомів Льюїса ніколи не матимуть більше восьми точок навколо атомного символу.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Що таке електронна точкова діаграма Льюїса для кожного елемента?

1. алюміній
2. селену

Рішення

1. Валентна електронна конфігурація для алюмінію становить 3 s ² 3 p ¹. Таким чином, він матиме три точки навколо символу для алюмінію, дві з них спарені, щоб представляти 3 s електронів:

\[\dot{Al:} \nonumber \nonumber \]

2. Валентна електронна конфігурація для селену становить 4 s ² 4 p ⁴. У оболонці з найвищим номером, оболонці n = 4, знаходиться шість електронів. Його електронна точкова діаграма виглядає наступним чином:

\[\mathbf{\cdot }\mathbf{\dot{\underset{.\: .}Se}}\mathbf{:}\nonumber \nonumber \]

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Що таке електронна точкова діаграма Льюїса для кожного елемента?

1. фосфор
2. аргон

Відповідь

\[\mathbf{\cdot }\mathbf{\dot{\underset{.}P}}\mathbf{:}\nonumber \nonumber \]

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\, .}Ar}}\mathbf{:}\nonumber \nonumber \]

Елементи в одній колонці таблиці Менделєєва мають аналогічні електронно-точкові діаграми Льюїса, оскільки вони мають однакову валентну електронну конфігурацію оболонки. Електронні точкові діаграми для першого стовпчика елементів такі:

\[\mathbf{H\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Li\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Na\: \cdot }\; \; \; \mathbf{K\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Rb\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Cs\: \cdot }\; \; \;\nonumber \]

Моноатомні іони - це атоми, які або втратили (для катіонів), або отримали (для аніонів) електрони. Електронні точкові діаграми для іонів такі ж, як і для атомів, за винятком того, що деякі електрони були видалені для катіонів, тоді як деякі електрони були додані для аніонів. Таким чином, порівнюючи електронні конфігурації та електронні точкові діаграми атома Na та іона Na ⁺, відзначимо, що атом Na має на своїй діаграмі Льюїса єдиний валентний електрон, тоді як іон Na ⁺ втратив цей валентний електрон:

\[\text{Lewis dot diagram}: \quad \mathbf{Na\: \cdot }\; \; \; \; \; Na^{+}\nonumber \]

\[\text{Electron configuration}: \quad \left [ Ne\right]3s^{1}\; \; \; \; \left [ Ne \right ]\nonumber \]

Технічно валентна оболонка іона Na ⁺ тепер є оболонкою n = 2, яка має в ній вісім електронів. Так чому ж ми не ставимо вісім крапок навколо Na ⁺? Умовно, коли ми показуємо електронні точкові діаграми для іонів, ми показуємо вихідну валентну оболонку атома, яка в даному випадку є оболонкою n = 3 і порожньою в іоні Na ⁺.

При створенні катіонів електрони спочатку втрачаються з найвищої пронумерованої оболонки, не обов'язково останньої заповненої підоболонки. Наприклад, переходячи від нейтрального атома Fe до іона Fe ^{2 +}, атом Fe спочатку втрачає два електрони 4 s, а не 3 d електрони, незважаючи на те, що підоболонка 3 d є останньою підоболонкою, що заповнюється. Таким чином, ми маємо

\[\text{Lewis dot diagram}: \quad \mathbf{Fe\: :}\; \; \; \; \; Fe^{2+}\nonumber \]

\[\text{Electron configuration}: \quad \left [ Ar\right]4s^{2}3d^{6}\; \; \; \; \left [ Ar \right ]3d^{6}\nonumber \]

Аніони мають зайві електрони в порівнянні з початковим атомом. Ось порівняння атома Cl з іоном Cl ⁻:

\[\text{Lewis dot diagram}: \quad \mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{\cdot }\; \; \; \; \; \mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{:}^{-}\nonumber \]

\[\text{Electron configuration}: \quad \left [ Ne\right]3s^{2}3p^{5}\; \; \; \; \left [ Ne \right ]3s^{2}3p^{6}\nonumber \]

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Що таке електронна точкова діаграма Льюїса для кожного іона?

1. Са ^{2 +}
2. O ²⁻

Рішення

1. Втративши два своїх початкових валентних електронів, електронна точкова діаграма Льюїса просто: Ca ^{2 +}
2. Іон O ^{2 −} отримав два електрони у своїй валентній оболонці, тому його електронна точкова діаграма Льюїса виглядає наступним чином:

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}O}}\mathbf{:}^{2-}\nonumber \nonumber \]

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Електронна конфігурація іона талію - 6s ² 4f ¹⁴ 5 d ¹⁰. Що таке електронна точкова діаграма Льюїса для іона Tl ⁺?

Відповідь

\[\mathbf{Tl:}^{+}\nonumber \nonumber \]

Резюме

• Електронні точкові діаграми Льюїса використовують точки для представлення валентних електронів навколо атомного символу.
• Електронні точкові діаграми Льюїса для іонів мають менше (для катіонів) або більше (для аніонів) точок, ніж відповідний атом.