Mga Lewis Structure ug Formal Charge: Usa ka Pamaagi nga Masusi Nimo

Pag-ihap sa valence electron alang sa mga molecule ug polyatomic nga ion

Ang matag Lewis structure magsugod sa usa ka numero: ang kinatibuk-ang ihap sa valence electron nga anaa nga ibutang. Alang sa main-group nga mga elemento, ang ihap sa valence electron katumbas sa katapusang digit sa numero sa group sa 1–18 nga numero, busa ang carbon nagpaambit og 4, ang nitrogen 5, ang oxygen 6, ug ang matag halogen 7. Ang hydrogen nagpaambit og 1, ug ang helium, nga adunay 2, mao ang bugtong eksepsyon sa lagda sa numero sa group.

Ang charge sa ion nagbag-o sa kinatibuk-an. Ang negatibo nga charge nagpasabot og dugang nga mga electron, busa idugang ang usa ka electron matag yunit sa negatibo nga charge. Ang positibo nga charge nagpasabot og nawalang mga electron, busa kuhaa. Ang ammonium ion, NH₄⁺, adunay 5 + 4(1) − 1 = 8 ka valence electron, samtang ang carbonate ion, CO₃²⁻, adunay 4 + 3(6) + 2 = 24.

Isulat kining kinatibuk-an sa dili ka pa magdrowing og bisan unsa; kini ang numero nga imong susihon batok sa nahuman nga estruktura.

Pagtukod sa skeleton ug pagbutang sa mga parisan sa electron

Ang skeleton mao ang sundanan kung hain nga atomo ang nakadugtong sa hain. Ang hydrogen ug fluorine hapit kanunay nagporma og usa lang ka bond, busa sila terminal nga mga atomo. Ang central nga atomo kasagaran ang labing ubos ang electronegativity gawas sa hydrogen, nga kasagaran ang atomo nga makita kausa sa pormula. Sa mga oxyacid, ang hydrogen atom kasagaran nakadugtong sa oxygen, dili sa central nga atomo.

Kung natakda na ang skeleton, ang nahabilin nga mga lakang nag-apod sa mga electron aron ang matag atomo moabot sa lig-on nga ihap. Ang period 2 nga mga atomo (C, N, O, F) mahimong magbaton og labing daghang walo ka electron sa palibot niini tungod kay upat lang ang ilang valence orbital, mao nga ang octet rule estriktong limitasyon alang kanila.

• Ikonektar ang matag terminal nga atomo sa central nga atomo gamit ang single bond (2 ka electron matag usa).
• Kumpletuha ang octet sa terminal nga mga atomo gamit ang lone pair (ang hydrogen nanginahanglan lang og 2).
• Ibutang ang bisan unsang nahabilin nga mga electron sa central nga atomo isip lone pair.
• Kung ang central nga atomo adunay kulang sa 8 ka electron, i-convert ang lone pair sa kasikbit nga atomo ngadto sa gipaambit nga parisan aron maghimo og double o triple bond.
• Pagsusi: ang gidrowing nga mga electron katumbas sa giihap nga kinatibuk-an, ug ang matag period 2 nga atomo walay labaw sa 8.

Formal charge isip pagsulay tali sa kandidato nga mga estruktura

Ang formal charge nangutana kung pila ka electron ang gipanag-iya sa atomo sa drowing itandi sa neutral nga free nga atomo, kung ang matag bonding pair gibahin sa patas. Ang pormula FC = V − N − B/2, diin ang V mao ang ihap sa valence electron sa atomo, ang N ang gidaghanon sa nonbonding (lone-pair) nga mga electron niini, ug ang B ang gidaghanon sa mga electron sa mga bond niini. Ang formal charge sa estruktura kanunay mosuma sa kinatibuk-ang charge sa species, nga naghatag kanimo og built-in nga arithmetic nga pagsusi.

Kung daghang estruktura ang nagsunod sa ihap sa electron, pilia ang diin ang mga formal charge labing duol sa zero. Kung may formal charge nga kinahanglang mabilin, ang mas maayong estruktura nagbutang og negatibo nga formal charge sa mas electronegative nga atomo ug nagpugong sa pagbutang og mga charge nga parehas ang timaan sa nakadugtong nga mga silingan.

Ang formal charge usa ka pagtala, dili gisukod nga charge. Tungod kay wala nito giisip ang electronegativity, ang atomo nga zero ang formal charge mahimo gihapong magdala og dakong partial charge sa tinuod nga molecule.

Nasulbad nga ehemplo: phosgene ug ang cyanate ion

Phosgene, COCl₂. Ihap: ang C nagpaambit og 4, ang O og 6, ug ang matag Cl og 7, busa ang kinatibuk-an 4 + 6 + 2(7) = 24 ka electron. Ang carbon mao ang central nga atomo. Ang tulo ka single bond gikan sa C ngadto sa O ug sa matag Cl mogamit og 6 ka electron. Ang pagkompleto sa octet sa O ug sa duha ka Cl atom mogamit og 3 × 6 = 18 pa, 24 sa kinatibuk-an, busa walay nahabilin nga electron alang sa carbon. Ang carbon adunay 6 lang ka electron sa palibot niini, busa i-convert ang usa ka lone pair ngadto sa ikaduhang bond. Ang pagbalhin sa lone pair sa O naghatag og C=O; ang pagbalhin sa lone pair sa Cl naghatag og C=Cl.

Ang formal charge ang magdesisyon tali kanila. Uban sa C=O, ang oxygen adunay 4 ka nonbonding nga electron ug 4 ka bonding nga electron: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Ang matag Cl adunay 6 ka nonbonding ug 2 ka bonding nga electron: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Ang carbon adunay 8 ka bonding nga electron: FC = 4 − 0 − 4 = 0. Uban sa C=Cl hinuon, kana nga Cl mahimong 7 − 4 − 2 = +1 ug ang single-bonded nga O mahimong 6 − 6 − 1 = −1. Ang estruktura nga tanan zero nga adunay C=O double bond ang gipili.

Cyanate ion, OCN⁻. Ihap: 6 + 4 + 5 + 1 = 16 ka electron, nga ang carbon ang central. Tulo ka pagkahan-ay ang naghatag sa carbon og octet: O=C=N, O≡C–N, ug O–C≡N, nga ang matag usa adunay lone pair nga nagkompleto sa octet sa O ug N. Alang sa O=C=N, O = 6 − 4 − 2 = 0 ug N = 5 − 4 − 2 = −1. Alang sa O≡C–N, O = 6 − 2 − 3 = +1 ug N = 5 − 6 − 1 = −2. Alang sa O–C≡N, O = 6 − 6 − 1 = −1 ug N = 5 − 2 − 3 = 0. Ang carbon 0 sa tanan nga tulo, ug ang matag set mosuma sa −1 sama sa angay.

Ang O≡C–N nga porma adunay pinakadako nga mga charge ug nagbutang og positibo nga charge sa oxygen, ang labing electronegative nga atomo, busa kini ang labing gamay ang kontribusyon. Ang O–C≡N nga porma nagbutang sa negatibo nga charge sa oxygen ug mao ang labing importante nga contributor, nga ang O=C=N duol sa luyo. Ang tinuod nga ion usa ka sagol niini nga mga estruktura, sama sa gipatin-aw sa sunod nga seksyon.

Resonance kung ang usa ka drowing dili makahulagway sa mga bond

Ang pipila ka species adunay duha o labaw pa nga balido nga Lewis structure nga magkalahi lamang sa kung asa gibutang ang mga electron, nga ang matag atomo anaa sa parehas nga posisyon. Kini ang resonance structure, nga gisulat uban ang double-headed nga udyong (↔) tali niini. Ang tinuod nga molecule usa ka estruktura, ang resonance hybrid, nga ang mga bond niini average sa mga contributor. Dili kini mausab pabalik-balik tali kanila.

Ang formate ion, HCOO⁻, usa ka klaro nga ehemplo. Ihap: 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 ka electron. Uban sa H ug duha ka O atom nga nakadugtong sa C ug nakompleto ang oxygen octet, 18 ka electron ang nagamit ug ang carbon adunay 6 lang, busa ang usa ka oxygen lone pair mahimong C=O bond. Ang double-bonded nga O adunay FC = 6 − 4 − 2 = 0 ug ang single-bonded nga O adunay FC = 6 − 6 − 1 = −1. Bisan hain nga oxygen mahimong maghuptan sa double bond, busa adunay duha ka katumbas nga estruktura.

Tungod kay katumbas ang duha ka contributor, ang hybrid adunay duha ka parehas nga carbon–oxygen bond, matag usa tunga-tunga sa single ug double bond, ug ang matag oxygen nagdala sa tunga sa negatibo nga charge sa average. Ang gisukod nga gitas-on sa bond sa carboxylate nga mga ion nagkauyon niini nga larawan. Kung ang mga contributor dili katumbas, sama sa cyanate, ang hybrid mas nahisama sa mga estruktura nga mas ubos ang formal charge.

Kung mag-yukbo ang octet rule: odd, dili-kompleto ug gipalapad nga mga ihap

Tulo ka matang sa species ang dili motugma sa sundanan sa octet. Ang odd-electron nga mga molecule, sama sa nitrogen monoxide, NO, nga adunay 5 + 6 = 11 ka valence electron, dili makahatag sa matag atomo og octet; ang usa ka atomo kinahanglang magdala og dili-parehas nga electron. Ang species niini nga matang gitawag og radical ug kasagarang reaktibo.

Ang pipila ka molecule adunay dili-kompleto nga octet sa central nga atomo. Sa boron trifluoride, BF₃ (24 ka electron), ang estruktura nga adunay tulo ka B–F single bond mobilin sa boron nga adunay 6 ka electron apan naghatag sa matag atomo og formal charge nga zero. Ang pagporma og B=F double bond makakompleto sa octet sa boron pinaagi lamang sa paghatag sa fluorine og formal charge nga +1 ug sa boron −1, busa ang single-bonded nga estruktura ang naandan nga paghulagway.

Ang mga atomo sa period 3 ug paubos mahimong idrowing nga adunay labaw sa walo ka electron sa palibot niini. Sa PCl₅ (40 ka electron), ang lima ka bond naghatag sa phosphorus og 10 ka electron. Sa triiodide ion, I₃⁻ (3 × 7 + 1 = 22 ka electron), ang central nga iodine adunay duha ka bond ug tulo ka lone pair, ug ang formal charge niini 7 − 6 − 2 = −1. Ibutang ang nahabilin nga mga electron sa central nga atomo lamang human ang matag terminal nga atomo adunay octet.

Kasagarang mga sayop sa Lewis structure ug unsaon kini pagpakit-an

Kadaghanan sa mga sayop mga sayop sa pag-ihap, busa ang labing kasaligan nga batasan mao ang tapuson ang matag estruktura uban ang duha ka pagsusi: ihapa ang matag electron sa drowing (2 matag bond, 2 matag lone pair) batok sa imong gisulat nga kinatibuk-an, ug idugang ang mga formal charge aron kumpirmahon nga katumbas kini sa kinatibuk-ang charge.

Kung ang imong kinatibuk-an lahi sa kauban nimo o sa yawi pinaagi sa doble sa charge sa ion, malagmit gipadapat ang charge sa sayop nga timaan. Kung ang drowing adunay lahi nga gidaghanon sa electron kaysa imong kinatibuk-an, pangitaa ang mga bond nga giihap isip usa ka electron imbes duha, o nahabilin nga mga electron nga wala gayud mabutang. Ang piho nga mga sayop sa ubos mao ang hinungdan sa kadaghanan sa sayop nga mga estruktura.

• Pagdugang og mga electron alang sa cation o pagkuha niini alang sa anion. Ang negatibo nga charge nagpasabot og mas daghang electron.
• Pag-ihap sa bond isip usa ka electron. Ang matag linya nagrepresentar sa gipaambit nga parisan, busa 2 ka electron kini.
• Paghatag sa hydrogen og duha ka bond o paghimo niini nga central nga atomo. Ang hydrogen nagbaton lang og 2 ka electron.
• Pagbutang og labaw sa 8 ka electron sa C, N, O o F. Ang gipalapad nga mga ihap posible lamang alang sa period 3 ug paubos.
• Pagtratar sa formal charge isip tinuod nga charge sa atomo, o pag-usik-usik niini sa oxidation number, nga nag-assign sa tanang bonding electron sa mas electronegative nga atomo.
• Pagdrowing og resonance structure pinaagi sa pagbalhin sa mga atomo. Ang pagbalhin sa atomo naghimo og lahi nga compound, dili resonance contributor.