Lewis-en egiturak eta karga formala: egiaztatu dezakezun metodo bat

Balentzia-elektroiak zenbatzea molekuletan eta ioi poliatomikoetan

Lewis-en egitura guztiek zenbaki batekin hasten dira: jartzeko eskuragarri dauden balentzia-elektroien guztizko kopuruarekin. Talde nagusiko elementuetan, balentzia-elektroien kopurua 1–18 zenbakiketan taldearen zenbakiaren azken zifraren berdina da, beraz karbonoak 4 ematen du, nitrogenoak 5, oxigenoak 6, eta halogeno bakoitzak 7. Hidrogenoak 1 ematen du, eta heliok, 2rekin, taldearen zenbakiaren arauaren salbuespen bakarra da.

Ioi baten kargak guztizkoa aldatzen du. Karga negatibo batek elektroi gehigarriak esan nahi du, beraz elektroi bat gehitzen duzu karga negatiboaren unitate bakoitzeko. Karga positibo batek elektroiak falta direla esan nahi du, beraz kentzen duzu. Amonio ioiak, NH₄⁺, 5 + 4(1) − 1 = 8 balentzia-elektroi ditu, eta karbonato ioiak, CO₃²⁻, 4 + 3(6) + 2 = 24.

Idatzi guztizko hori ezer marraztu aurretik; amaitutako egitura egiaztatuko duzun zenbakia da.

Eskeletoa eraikitzea eta elektroi-bikoteak jartzea

Eskeletoa zein atomo zeinekin lotzen den adierazten duen eredua da. Hidrogenoak eta fluorrak ia beti lotura bakar bat eratzen dute, beraz atomo terminalak dira. Atomo zentrala normalean hidrogenoa ez den atomorik elektronegatiboena da, askotan formulan behin agertzen den atomoa. Oxoazidoetan, hidrogeno-atomoak normalean oxigenoari lotuta daude, ez atomo zentralari.

Eskeletoa finkatuta dagoenean, gainerako urratsek elektroiak banatzen dituzte atomo bakoitzak kopuru egonkorra lor dezan. 2. aldiko atomoek (C, N, O, F) gehienez zortzi elektroi eduki ditzakete beren inguruan lau balentzia-orbital bakarrik dituztelako, eta horregatik zortzikotearen araua muga irmoa da haientzat.

• Konektatu atomo terminal bakoitza atomo zentralarekin lotura sinple batez (2 elektroi bakoitza).
• Osatu atomo terminalen zortzikoteak bikote bakartuekin (hidrogenoak 2 behar ditu bakarrik).
• Jarri geratzen diren elektroiak atomo zentralean bikote bakartu gisa.
• Atomo zentralak oraindik 8 elektroi baino gutxiago baditu, bihurtu auzoko atomo baten bikote bakartu bat bikote partekatu, lotura bikoitz edo hirukoitz bat egiteko.
• Egiaztatu: marraztutako elektroiak zenbatutako guztizkoaren berdinak dira, eta 2. aldiko atomo bakoitzak ez du 8 baino gehiago.

Karga formala hautagaien arteko proba gisa

Karga formalak galdetzen du atomo batek marrazkian zenbat elektroi dituen atomo libre neutroarekin alderatuta, lotura-bikote guztiak berdin banatuko balira. Formula FC = V − N − B/2 da, non V atomoaren balentzia-elektroi kopurua den, N bere gaineko elektroi ez-lotzaileen (bikote bakartuen) kopurua, eta B bere loturetako elektroi kopurua. Egitura bateko karga formalek beti espezieko karga osoa batzen dute, eta horrek barne-egiaztapen aritmetiko bat ematen dizu.

Egitura batzuek elektroi-zenbaketa betetzen dutenean, hobetsi karga formalak ahalik eta zerotik gertuen dituena. Karga formalen bat gelditu behar bada, egitura hobeak karga formal negatiboa atomo elektronegatiboagoan jartzen du eta zeinu bereko kargak lotutako auzokideetan jartzea saihesten du.

Karga formala kontabilitatea da, ez neurtutako karga. Elektronegatibotasuna alde batera uzten duenez, karga formal zerokoa duen atomo batek benetako molekulan karga partzial garrantzitsua eraman dezake.

Adibide landua: fosgenoa eta zianato ioia

Fosgenoa, COCl₂. Zenbaketa: C-k 4 ematen du, O-k 6 ematen du, eta Cl bakoitzak 7, beraz guztira 4 + 6 + 2(7) = 24 elektroi. Karbonoa atomo zentrala da. C-tik O-ra eta Cl bakoitzera doazen hiru lotura sinpleek 6 elektroi erabiltzen dituzte. O-ren eta bi Cl atomoen zortzikoteak osatzeak 3 × 6 = 18 gehiago erabiltzen ditu, guztira 24, beraz ez da elektroirik geratzen karbonorako. Karbonoak 6 elektroi bakarrik ditu inguruan, beraz bihurtu bikote bakartu bat bigarren lotura bihurtu. O bikote bakartu bat mugitzeak C=O ematen du; Cl bikote bakartu bat mugitzeak C=Cl.

Karga formalak erabakitzen du bien artean. C=O-rekin, oxigenoak 4 elektroi ez-lotzaile eta 4 lotzaile ditu: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Cl bakoitzak 6 ez-lotzaile eta 2 lotzaile ditu: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Karbonoak 8 elektroi lotzaile ditu: FC = 4 − 0 − 4 = 0. C=Cl-rekin, Cl hori 7 − 4 − 2 = +1 bihurtzen da eta lotura sinple duen O 6 − 6 − 1 = −1. C=O lotura bikoitza duen zero guztiko egitura hobesten da.

Zianato ioia, OCN⁻. Zenbaketa: 6 + 4 + 5 + 1 = 16 elektroi, karbonoa zentrala dela. Hiru antolaketek zortzikotea ematen diote karbonoari: O=C=N, O≡C–N eta O–C≡N, bakoitzak O-n eta N-n zortzikoteak osatzen dituzten bikote bakartuekin. O=C=N-rako, O = 6 − 4 − 2 = 0 eta N = 5 − 4 − 2 = −1. O≡C–N-rako, O = 6 − 2 − 3 = +1 eta N = 5 − 6 − 1 = −2. O–C≡N-rako, O = 6 − 6 − 1 = −1 eta N = 5 − 2 − 3 = 0. Karbonoa 0 da hirurotan, eta multzo bakoitzak −1 batzen du behar duen bezala.

O≡C–N formak karga handienak ditu eta karga positiboa oxigenoan jartzen du, atomo elektronegatiboenean, beraz gutxien laguntzen du. O–C≡N formak karga negatiboa oxigenoan jartzen du eta ekarpen garrantzitsuena da, O=C=N gertu duela. Benetako ioia egitura horien nahasketa bat da, hurrengo ataleak azaltzen duen bezala.

Erresonantzia marrazki batek loturak deskribatu ezin dituenean

Espezie batzuek Lewis-en egitura balioduna bi edo gehiago dituzte, elektroiak non jartzen diren bakarrik desberdintzen direnak, atomo guztiak posizio berean daudela. Hauek erresonantzia-egiturak dira, haien artean gezi bikoitz batekin (↔) idatziak. Benetako molekula egitura bakar bat da, erresonantzia-hibridoa, zeinaren loturak ekarpen-egituren batez bestekoa diren. Ez da horien artean aurrera eta atzera aldatzen.

Formiato ioia, HCOO⁻, adibide garbia da. Zenbaketa: 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 elektroi. H eta bi O atomoak C-ra lotuta eta oxigeno-zortzikoteak osatuta, 18 elektroi erabiltzen dira eta karbonoak 6 bakarrik ditu, beraz oxigeno-bikote bakartu bat C=O lotura bihurtzen da. Lotura bikoitza duen O-k FC = 6 − 4 − 2 = 0 du eta lotura sinplea duenak FC = 6 − 6 − 1 = −1. Edozein oxigenok eduki lezake lotura bikoitza, beraz bi egitura baliokide daude.

Bi ekarpen-egiturak baliokideak direnez, hibridoak bi karbono–oxigeno lotura berdin ditu, bakoitza lotura sinple baten eta bikoitz baten tartekoa, eta oxigeno bakoitzak karga negatiboaren erdia eramaten du batez beste. Karboxilato ioietan neurtutako lotura-luzerak irudi honekin bat datoz. Ekarpen-egiturak baliokideak ez direnean, zianatoan bezala, hibridoak karga formal txikieneko egiturei gehien dagokie.

Zortzikotearen araua tolesten denean: kopuru bakoitiak, osatugabeak eta hedatuak

Hiru espezie motak ez datoz zortzikote-ereduarekin. Elektroi bakoitiko molekulek, nitrogeno monoxidoak bezalakoek, NO, 5 + 6 = 11 balentzia-elektroirekin, ezin diote atomo guztiei zortzikotea eman; atomo batek elektroi bakartu bat eraman behar du. Mota honetako espezieei erradikalak deitzen zaie eta normalean erreaktiboak dira.

Molekula batzuek zortzikote osatugabea dute atomo zentralean. Bor trifluoruroan, BF₃ (24 elektroi), hiru B–F lotura sinpleko egiturak boroari 6 elektroi uzten dizkio baina atomo guztiei karga formal zero ematen die. B=F lotura bikoitz bat eratzeak boroaren zortzikotea osatuko luke fluorrari +1eko karga formala eta boroari −1ekoa emanez bakarrik, beraz lotura sinpleko egitura da ohiko deskribapena.

3. aldiko eta beheragoko atomoak zortzi elektroi baino gehiagorekin marraz daitezke. PCl₅-n (40 elektroi), bost loturek fosforoari 10 elektroi ematen dizkiote. Triioduro ioian, I₃⁻ (3 × 7 + 1 = 22 elektroi), iodo zentralak bi lotura eta hiru bikote bakartu ditu, eta bere karga formala 7 − 6 − 2 = −1 da. Jarri geratzen diren elektroiak atomo zentralean atomo terminal guztiek zortzikotea izan ondoren bakarrik.

Lewis-en egituren ohiko akatsak eta nola harrapatu

Akats gehienak zenbaketa-akatsak dira, beraz ohitura fidagarriena egitura guztiak bi egiaztapenekin amaitzea da: zenbatu marrazkiko elektroi guztiak (2 lotura bakoitzeko, 2 bikote bakartu bakoitzeko) idatzitako guztizkoarekin alderatuz, eta batu karga formalak karga osoaren berdinak direla baieztatzeko.

Zure guztizkoa ikaskide batenarekin edo gakoarekin ioiaren kargaren bikoitzaz desberdina bada, ziurrenik karga zeinu okerrarekin aplikatu zen. Marrazkiak zure guztizkoak baino elektroi-kopuru desberdina badu, bilatu bi beharrean elektroi bat gisa zenbatutako loturak, edo inoiz jarri ez ziren elektroi soberakinak. Beheko akats zehatzek egitura oker gehienak azaltzen dituzte.

• Katioi baterako elektroiak gehitzea edo anioi baterako kentzea. Karga negatiboak elektroi gehiago esan nahi du.
• Lotura bat elektroi bat gisa zenbatzea. Lerro bakoitzak bikote partekatu bat adierazten du, beraz 2 elektroi da.
• Hidrogenoari bi lotura ematea edo atomo zentral bihurtzea. Hidrogenoak 2 elektroi bakarrik hartzen ditu.
• 8 elektroi baino gehiago jartzea C, N, O edo F-n. Kopuru hedatuak 3. aldian eta beheragoan bakarrik dira posible.
• Karga formala atomo baten benetako karga gisa tratatzea, edo oxidazio-zenbakiarekin nahastea, zeinak lotura-elektroi guztiak atomo elektronegatiboenari esleitzen dizkion.
• Erresonantzia-egiturak atomoak mugituz marraztea. Atomo bat mugitzeak konposatu desberdin bat sortzen du, ez erresonantzia-ekarpen bat.