የሌዊስ መዋቅሮችና መደበኛ ክፍያ፦ ሊፈትሹት የሚችሉት ዘዴ

ለሞለኪውሎችና ለብዙ አቶም አዮኖች ቫለንስ ኤሌክትሮኖችን መቁጠር

እያንዳንዱ የሌዊስ መዋቅር የሚጀምረው በአንድ ቁጥር ነው፦ ለማስቀመጥ የሚገኙ ጠቅላላ የቫለንስ ኤሌክትሮኖች ቆጠራ። ለዋና ቡድን ንጥረ ነገሮች የቫለንስ ኤሌክትሮን ቆጠራ በ1–18 ቁጥር አሰጣጥ የቡድን ቁጥሩ የመጨረሻ አሃዝ ጋር እኩል ነው፤ ስለዚህ ካርቦን 4፣ ናይትሮጂን 5፣ ኦክስጅን 6፣ እያንዳንዱ ሃሎጀን ደግሞ 7 ያበረክታል። ሃይድሮጂን 1 ያበረክታል፤ ሂሊየም ከ2 ጋር የቡድን ቁጥር ደንቡ ብቸኛው ልዩ ሁኔታ ነው።

የአዮን ክፍያ ጠቅላላውን ይለውጣል። አሉታዊ ክፍያ ተጨማሪ ኤሌክትሮኖች ማለት ነው፤ ስለዚህ ለእያንዳንዱ አሃድ አሉታዊ ክፍያ አንድ ኤሌክትሮን ይጨምራሉ። አዎንታዊ ክፍያ የጎደሉ ኤሌክትሮኖች ማለት ነው፤ ስለዚህ ይቀንሳሉ። አሞኒየም አዮን NH₄⁺ 5 + 4(1) − 1 = 8 ቫለንስ ኤሌክትሮኖች አሉት፤ ካርቦኔት አዮን CO₃²⁻ ደግሞ 4 + 3(6) + 2 = 24።

ምንም ከመሳልዎ በፊት ይህንን ጠቅላላ ይጻፉት፤ የተጠናቀቀውን መዋቅር የሚፈትሹበት ቁጥር ነው።

አጽሙን መገንባትና የኤሌክትሮን ጥንዶችን ማስቀመጥ

አጽሙ የትኛው አቶም ከየትኛው ጋር እንደሚገናኝ የሚያሳይ ንድፍ ነው። ሃይድሮጂንና ፍሎሪን ሁልጊዜ ማለት ይቻላል አንድ ቦንድ ብቻ ይፈጥራሉ፤ ስለዚህ የመጨረሻ አቶሞች ናቸው። ማዕከላዊው አቶም ብዙውን ጊዜ ከሃይድሮጂን በስተቀር አነስተኛ ኤሌክትሮኔጋቲቭ የሆነው አቶም ነው፤ ይህም ብዙውን ጊዜ በቀመሩ ውስጥ አንድ ጊዜ የሚታየው አቶም ነው። በኦክሲአሲዶች ሃይድሮጂን አቶሞች በተለምዶ ከኦክስጅን ጋር ይተሳሰራሉ እንጂ ከማዕከላዊው አቶም ጋር አይደለም።

አጽሙ አንዴ ከተወሰነ የቀሩት ደረጃዎች እያንዳንዱ አቶም የተረጋጋ ቆጠራ እንዲደርስ ኤሌክትሮኖችን ያሰራጫሉ። የወቅት 2 አቶሞች (C፣ N፣ O፣ F) አራት የቫለንስ ምህዋሮች ብቻ ስላሏቸው በዙሪያቸው ቢበዛ ስምንት ኤሌክትሮኖችን ሊይዙ ይችላሉ፤ የስምንትዮሽ ደንብ ለእነሱ ጠንካራ ገደብ የሆነው ለዚህ ነው።

• እያንዳንዱን የመጨረሻ አቶም ከማዕከላዊው አቶም ጋር በነጠላ ቦንድ (እያንዳንዱ 2 ኤሌክትሮኖች) ያገናኙ።
• የመጨረሻ አቶሞችን ስምንትዮሽ በብቸኛ ጥንዶች ያሟሉ (ሃይድሮጂን 2 ብቻ ይፈልጋል)።
• የሚቀሩትን ማንኛውንም ኤሌክትሮኖች በማዕከላዊው አቶም ላይ እንደ ብቸኛ ጥንዶች ያስቀምጡ።
• ማዕከላዊው አቶም አሁንም ከ8 ኤሌክትሮኖች ያነሰ ካለው፣ በአጠገቡ ባለ አቶም ላይ ያለን ብቸኛ ጥንድ ወደ የተጋራ ጥንድ ይቀይሩ፤ ድርብ ወይም ሦስትዮሽ ቦንድ ለመሥራት።
• ፍተሻ፦ የተሳሉት ኤሌክትሮኖች ከተቆጠረው ጠቅላላ ጋር እኩል ናቸው፣ እያንዳንዱ የወቅት 2 አቶም ከ8 አይበልጥም።

በተወዳዳሪ መዋቅሮች መካከል እንደ ፈተና መደበኛ ክፍያ

መደበኛ ክፍያ እያንዳንዱ የቦንድ ጥንድ እኩል ቢከፈል በሥዕሉ ላይ አንድ አቶም ከገለልተኛው ነፃ አቶም ጋር ሲነጻጸር ስንት ኤሌክትሮኖች እንዳሉት ይጠይቃል። ቀመሩ FC = V − N − B/2 ነው፤ V የአቶሙ የቫለንስ ኤሌክትሮን ቆጠራ፣ N በእሱ ላይ ያሉ ያልተተሳሰሩ (ብቸኛ ጥንድ) ኤሌክትሮኖች ቁጥር፣ B ደግሞ በቦንዶቹ ውስጥ ያሉ ኤሌክትሮኖች ቁጥር ነው። በአንድ መዋቅር ውስጥ ያሉ መደበኛ ክፍያዎች ሁልጊዜ ከንጥረ ነገሩ ጠቅላላ ክፍያ ጋር ይደመራሉ፤ ይህም አብሮ የተሰራ የሂሳብ ፍተሻ ይሰጥዎታል።

በርካታ መዋቅሮች የኤሌክትሮን ቆጠራውን ሲታዘዙ መደበኛ ክፍያዎች ወደ ዜሮ በተቻለ መጠን የቀረቡበትን ይምረጡ። የተወሰነ መደበኛ ክፍያ መቅረት ካለበት የተሻለው መዋቅር አሉታዊ መደበኛ ክፍያን ይበልጥ ኤሌክትሮኔጋቲቭ በሆነው አቶም ላይ ያስቀምጣል፤ እንዲሁም በተተሳሰሩ ጎረቤቶች ላይ ተመሳሳይ ምልክት ክፍያዎችን ከማስቀመጥ ይቆጠባል።

መደበኛ ክፍያ የሂሳብ አያያዝ ነው እንጂ የተለካ ክፍያ አይደለም። ኤሌክትሮኔጋቲቪቲን ችላ ስለሚል ዜሮ መደበኛ ክፍያ ያለው አቶም በእውነተኛው ሞለኪውል ውስጥ ከፍተኛ ከፊል ክፍያ ሊሸከም ይችላል።

የተሠራ ምሳሌ፦ ፎስጂንና ሲያኔት አዮን

ፎስጂን COCl₂። ቆጠራ፦ C 4፣ O 6፣ እያንዳንዱ Cl 7 ያበረክታል፤ ስለዚህ ጠቅላላው 4 + 6 + 2(7) = 24 ኤሌክትሮኖች ነው። ካርቦን ማዕከላዊው አቶም ነው። ከC ወደ O እና ወደ እያንዳንዱ Cl ሦስት ነጠላ ቦንዶች 6 ኤሌክትሮኖችን ይጠቀማሉ። የO እና የሁለቱም Cl አቶሞች ስምንትዮሽ ማሟላት 3 × 6 = 18 ተጨማሪ ይጠቀማል፤ በጠቅላላው 24፤ ስለዚህ ለካርቦን ምንም ኤሌክትሮን አይቀርም። ካርቦን በዙሪያው 6 ኤሌክትሮኖች ብቻ አሉት፤ ስለዚህ አንድ ብቸኛ ጥንድ ወደ ሁለተኛ ቦንድ ይቀይሩ። የO ብቸኛ ጥንድ ማንቀሳቀስ C=O ይሰጣል፤ የCl ብቸኛ ጥንድ ማንቀሳቀስ ደግሞ C=Cl ይሰጣል።

መደበኛ ክፍያ በመካከላቸው ይወስናል። በC=O ኦክስጅን 4 ያልተተሳሰሩ እና 4 የተተሳሰሩ ኤሌክትሮኖች አሉት፦ FC = 6 − 4 − 4/2 = 0። እያንዳንዱ Cl 6 ያልተተሳሰሩ እና 2 የተተሳሰሩ ኤሌክትሮኖች አሉት፦ FC = 7 − 6 − 1 = 0። ካርቦን 8 የተተሳሰሩ ኤሌክትሮኖች አሉት፦ FC = 4 − 0 − 4 = 0። በምትኩ C=Cl ቢሆን ያ Cl 7 − 4 − 2 = +1 ይሆናል፤ በነጠላ ቦንድ የተተሳሰረው O ደግሞ 6 − 6 − 1 = −1። ሁሉም ዜሮ የሆነው ከC=O ድርብ ቦንድ ጋር ያለው መዋቅር ተመራጭ ነው።

ሲያኔት አዮን OCN⁻። ቆጠራ፦ 6 + 4 + 5 + 1 = 16 ኤሌክትሮኖች፣ ካርቦን ማዕከላዊ። ሦስት ዝግጅቶች ለካርቦን ስምንትዮሽ ይሰጣሉ፦ O=C=N፣ O≡C–N እና O–C≡N፣ እያንዳንዳቸው በO እና N ስምንትዮሹን የሚያሟሉ ብቸኛ ጥንዶች አሏቸው። ለO=C=N፣ O = 6 − 4 − 2 = 0 እና N = 5 − 4 − 2 = −1። ለO≡C–N፣ O = 6 − 2 − 3 = +1 እና N = 5 − 6 − 1 = −2። ለO–C≡N፣ O = 6 − 6 − 1 = −1 እና N = 5 − 2 − 3 = 0። ካርቦን በሦስቱም 0 ነው፤ እያንዳንዱ ስብስብ እንደሚገባው ወደ −1 ይደመራል።

የO≡C–N ቅርፅ ትልቁ ክፍያዎች አሉት፤ አዎንታዊ ክፍያንም በኦክስጅን ላይ ያስቀምጣል፤ እሱም በጣም ኤሌክትሮኔጋቲቭ አቶም ነው፤ ስለዚህ ትንሹን ያበረክታል። የO–C≡N ቅርፅ አሉታዊ ክፍያን በኦክስጅን ላይ ያስቀምጣል፤ በጣም አስፈላጊው አበርካች ነው፤ O=C=N ደግሞ ቅርብ ተከታይ ነው። እውነተኛው አዮን የእነዚህ መዋቅሮች ድብልቅ ነው፤ ቀጣዩ ክፍል እንደሚያብራራው።

አንድ ሥዕል ቦንዶቹን መግለጽ ሳይችል ሬዞናንስ

አንዳንድ ንጥረ ነገሮች ኤሌክትሮኖች በሚቀመጡበት ብቻ የሚለያዩ፣ እያንዳንዱ አቶም በተመሳሳይ ቦታ ያለባቸው ሁለት ወይም ከዚያ በላይ ትክክለኛ የሌዊስ መዋቅሮች አሏቸው። እነዚህ የሬዞናንስ መዋቅሮች ናቸው፤ በመካከላቸው ባለሁለት ጭንቅላት ቀስት (↔) ይጻፋሉ። እውነተኛው ሞለኪውል ነጠላ መዋቅር ነው፣ የሬዞናንስ ድቅል፤ ቦንዶቹ የአበርካቾቹ አማካይ ናቸው። በመካከላቸው ወዲያ ወዲህ አይቀያየርም።

ፎርሜት አዮን HCOO⁻ ግልጽ ምሳሌ ነው። ቆጠራ፦ 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 ኤሌክትሮኖች። H እና ሁለቱም O አቶሞች ከC ጋር ተተሳስረው የኦክስጅን ስምንትዮሽ ሲሟላ 18 ኤሌክትሮኖች ይጠቀማሉ፤ ካርቦን 6 ብቻ አለው፤ ስለዚህ አንድ የኦክስጅን ብቸኛ ጥንድ C=O ቦንድ ይሆናል። ድርብ ቦንድ ያለው O FC = 6 − 4 − 2 = 0 አለው፤ ነጠላ ቦንድ ያለው O ደግሞ FC = 6 − 6 − 1 = −1። ድርብ ቦንዱን ማንኛውም ኦክስጅን ሊይዝ ይችላል፤ ስለዚህ ሁለት እኩል መዋቅሮች አሉ።

ሁለቱ አበርካቾች እኩል ስለሆኑ ድቅሉ ሁለት ተመሳሳይ የካርቦን–ኦክስጅን ቦንዶች አሉት፤ እያንዳንዳቸው በነጠላና በድርብ መካከል ናቸው፤ እያንዳንዱ ኦክስጅን በአማካይ የአሉታዊ ክፍያውን ግማሽ ይሸከማል። በካርቦክሲሌት አዮኖች የተለኩ የቦንድ ርዝመቶች ከዚህ ሥዕል ጋር ይስማማሉ። አበርካቾች እንደ ሲያኔት እኩል ካልሆኑ ድቅሉ ዝቅተኛ መደበኛ ክፍያ ያላቸውን መዋቅሮች ይበልጥ ይመስላል።

የስምንትዮሽ ደንብ ሲታጠፍ፦ ጎዶሎ፣ ያልተሟላና የተስፋፋ ቆጠራዎች

ሦስት ዓይነት ንጥረ ነገሮች ከስምንትዮሽ ንድፍ ጋር አይስማሙም። እንደ ናይትሮጂን ሞኖክሳይድ NO፣ ከ5 + 6 = 11 ቫለንስ ኤሌክትሮኖች ጋር፣ ያሉ ጎዶሎ-ኤሌክትሮን ሞለኪውሎች ለእያንዳንዱ አቶም ስምንትዮሽ መስጠት አይችሉም፤ አንድ አቶም ያልተጣመረ ኤሌክትሮን መሸከም አለበት። እንዲህ ያሉ ንጥረ ነገሮች ራዲካሎች ይባላሉ፤ በተለምዶም ምላሽ ሰጪ ናቸው።

አንዳንድ ሞለኪውሎች በማዕከላዊው አቶም ላይ ያልተሟላ ስምንትዮሽ አላቸው። በቦሮን ትራይፍሎራይድ BF₃ (24 ኤሌክትሮኖች) ሦስት B–F ነጠላ ቦንዶች ያሉት መዋቅር ቦሮንን በ6 ኤሌክትሮኖች ይተዋል፤ ግን ለእያንዳንዱ አቶም ዜሮ መደበኛ ክፍያ ይሰጣል። B=F ድርብ ቦንድ መፍጠር የቦሮንን ስምንትዮሽ የሚያሟላው ለፍሎሪን +1 መደበኛ ክፍያና ለቦሮን −1 በመስጠት ብቻ ነው፤ ስለዚህ ነጠላ ቦንድ መዋቅሩ የተለመደው መግለጫ ነው።

በወቅት 3 እና ከዚያ በታች ያሉ አቶሞች ከስምንት በላይ ኤሌክትሮኖች በዙሪያቸው ተደርገው ሊሳሉ ይችላሉ። በPCl₅ (40 ኤሌክትሮኖች) አምስት ቦንዶች ለፎስፎረስ 10 ኤሌክትሮኖች ይሰጣሉ። በትራይአዮዳይድ አዮን I₃⁻ (3 × 7 + 1 = 22 ኤሌክትሮኖች) ማዕከላዊው አዮዲን ሁለት ቦንዶችና ሦስት ብቸኛ ጥንዶች ይይዛል፤ መደበኛ ክፍያውም 7 − 6 − 2 = −1 ነው። የተረፉ ኤሌክትሮኖችን በማዕከላዊው አቶም ላይ የሚያስቀምጡት እያንዳንዱ የመጨረሻ አቶም ስምንትዮሹን ካገኘ በኋላ ብቻ ነው።

የተለመዱ የሌዊስ መዋቅር ስህተቶችና እንዴት እንደሚያዙ

አብዛኞቹ ስህተቶች የቆጠራ ስህተቶች ናቸው፤ ስለዚህ በጣም አስተማማኝ ልማድ እያንዳንዱን መዋቅር በሁለት ፍተሻዎች መጨረስ ነው፦ በሥዕሉ ላይ ያለውን እያንዳንዱን ኤሌክትሮን (በቦንድ 2፣ በብቸኛ ጥንድ 2) ከጻፉት ጠቅላላ ጋር ይቁጠሩ፣ እንዲሁም መደበኛ ክፍያዎችን ከጠቅላላው ክፍያ ጋር እኩል መሆናቸውን ለማረጋገጥ ይደምሩ።

ጠቅላላዎ ከክፍል ጓደኛዎ ወይም ከመልስ መስጫው በአዮኑ ክፍያ እጥፍ ከተለየ ክፍያው ምናልባት በተሳሳተ ምልክት ተተግብሯል። ሥዕሉ ከጠቅላላዎ የተለየ የኤሌክትሮኖች ቁጥር ከያዘ በሁለት ፈንታ እንደ አንድ ኤሌክትሮን የተቆጠሩ ቦንዶችን ወይም ፈጽሞ ያልተቀመጡ የተረፉ ኤሌክትሮኖችን ይፈልጉ። ከታች ያሉት የተወሰኑ ስህተቶች አብዛኞቹን የተሳሳቱ መዋቅሮች ይሸፍናሉ።

• ለካቲዮን ኤሌክትሮኖችን መጨመር ወይም ለአኒዮን መቀነስ። አሉታዊ ክፍያ ተጨማሪ ኤሌክትሮኖች ማለት ነው።
• ቦንድን እንደ አንድ ኤሌክትሮን መቁጠር። እያንዳንዱ መስመር የተጋራ ጥንድን ይወክላል፤ ስለዚህ 2 ኤሌክትሮኖች ነው።
• ለሃይድሮጂን ሁለት ቦንዶች መስጠት ወይም ማዕከላዊ አቶም ማድረግ። ሃይድሮጂን 2 ኤሌክትሮኖችን ብቻ ይይዛል።
• በC፣ N፣ O ወይም F ላይ ከ8 በላይ ኤሌክትሮኖችን ማስቀመጥ። የተስፋፉ ቆጠራዎች ለወቅት 3 እና ከዚያ በታች ብቻ ይቻላሉ።
• መደበኛ ክፍያን እንደ በአቶም ላይ ያለ እውነተኛ ክፍያ መውሰድ፣ ወይም ሁሉንም የቦንድ ኤሌክትሮኖች ይበልጥ ኤሌክትሮኔጋቲቭ ለሆነው አቶም ከሚመድበው የኦክሳይድ ቁጥር ጋር ማምታታት።
• አቶሞችን በማንቀሳቀስ የሬዞናንስ መዋቅሮችን መሳል። አቶምን ማንቀሳቀስ የሬዞናንስ አበርካች ሳይሆን የተለየ ውህድ ይፈጥራል።