Lewis-formúlur og formleg hleðsla: aðferð sem þú getur athugað

Gildisrafeindir taldar fyrir sameindir og fjölatóma jónir

Sérhver Lewis-formúla byrjar á einni tölu: heildarfjölda gildisrafeinda til að setja niður. Fyrir frumefni aðalflokka er fjöldi gildisrafeinda jafn síðasta tölustaf flokkanúmersins í 1–18 númerakerfinu, svo kolefni leggur til 4, köfnunarefni 5, súrefni 6 og hver halógen 7. Vetni leggur til 1, og helín, með 2, er eina undantekningin frá flokkanúmeraregluna.

Hleðsla jónar breytir heildinni. Neikvæð hleðsla þýðir aukarafeindir, svo þú bætir við einni rafeind fyrir hverja einingu neikvæðrar hleðslu. Jákvæð hleðsla þýðir rafeindir sem vantar, svo þú dregur frá. Ammóníumjónin, NH₄⁺, hefur 5 + 4(1) − 1 = 8 gildisrafeindir, en karbónatjónin, CO₃²⁻, hefur 4 + 3(6) + 2 = 24.

Skrifaðu þessa heildartölu niður áður en þú teiknar nokkuð; það er talan sem þú berð fullgerðu formúluna saman við.

Grind smíðuð og rafeindapör sett niður

Grindin er mynstrið um hvaða atóm tengist hvaða atómi. Vetni og flúor mynda nánast alltaf aðeins eitt tengi, svo þau eru endaatóm. Miðatómið er yfirleitt rafneikvæðasta atómið að vetni undanskildu, sem er oft atómið sem kemur einu sinni fyrir í formúlunni. Í súrefnissýrum eru vetnisatóm venjulega tengd súrefni, ekki miðatóminu.

Þegar grindin er ákveðin dreifa næstu skref rafeindum þannig að hvert atóm nái stöðugum fjölda. Atóm í lotu 2 (C, N, O, F) geta að hámarki haft átta rafeindir í kringum sig því þau hafa aðeins fjögur gildissvigrúm, og þess vegna er áttureglan fast mark fyrir þau.

• Tengdu hvert endaatóm við miðatómið með einföldu tengi (2 rafeindir hvert).
• Fylltu áttundir endaatómanna með einstæðum pörum (vetni þarf aðeins 2).
• Settu allar rafeindir sem eftir eru á miðatómið sem einstæð pör.
• Ef miðatómið hefur enn færri en 8 rafeindir skaltu breyta einstæðu pari á nágrannaatómi í sameiginlegt par til að mynda tvítengi eða þrítengi.
• Athugun: teiknaðar rafeindir jafngilda heildinni sem talin var og hvert atóm í lotu 2 hefur ekki fleiri en 8.

Formleg hleðsla sem próf á milli mögulegra formúla

Formleg hleðsla spyr hversu margar rafeindir atóm á í teikningunni miðað við hlutlaust frjálst atóm, ef sérhverju tengipari væri skipt jafnt. Formúlan er FC = V − N − B/2, þar sem V er fjöldi gildisrafeinda atómsins, N er fjöldi óbundinna rafeinda (einstæðra para) á því og B er fjöldi rafeinda í tengjum þess. Formlegu hleðslurnar í formúlu leggjast alltaf saman í heildarhleðslu tegundarinnar, sem gefur þér innbyggða reikniathugun.

Þegar nokkrar formúlur fylgja rafeindatalningunni skaltu kjósa þá þar sem formlegu hleðslurnar eru sem næst núlli. Ef einhver formleg hleðsla verður að vera eftir setur betri formúlan neikvæða formlega hleðslu á rafneikvæðara atómið og forðast að setja hleðslur með sama formerki á tengda nágranna.

Formleg hleðsla er bókhald, ekki mæld hleðsla. Þar sem hún horfir fram hjá rafneikvæðni getur atóm með formlega hleðslu núll samt borið talsverða hlutahleðslu í raunverulegu sameindinni.

Útreiknað dæmi: fosgen og sýanatjónin

Fosgen, COCl₂. Talning: C leggur til 4, O leggur til 6 og hvert Cl leggur til 7, svo heildin er 4 + 6 + 2(7) = 24 rafeindir. Kolefni er miðatómið. Þrjú einföld tengi frá C til O og til hvors Cl nota 6 rafeindir. Að fylla áttundir O og beggja Cl-atómanna notar 3 × 6 = 18 til viðbótar, alls 24, svo engar rafeindir eru eftir fyrir kolefni. Kolefni hefur aðeins 6 rafeindir í kringum sig, svo breyttu einu einstæðu pari í annað tengi. Að færa einstætt O-par gefur C=O; að færa einstætt Cl-par gefur C=Cl.

Formleg hleðsla sker úr á milli þeirra. Með C=O hefur súrefni 4 óbundnar rafeindir og 4 tengirafeindir: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Hvert Cl hefur 6 óbundnar og 2 tengirafeindir: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Kolefni hefur 8 tengirafeindir: FC = 4 − 0 − 4 = 0. Með C=Cl í staðinn verður það Cl 7 − 4 − 2 = +1 og einbundna O verður 6 − 6 − 1 = −1. Formúlan þar sem allar hleðslur eru núll með C=O tvítenginu er valin.

Sýanatjónin, OCN⁻. Talning: 6 + 4 + 5 + 1 = 16 rafeindir, með kolefni í miðju. Þrjár uppraðanir gefa kolefni áttund: O=C=N, O≡C–N og O–C≡N, hver með einstæðum pörum sem fylla áttundir O og N. Fyrir O=C=N er O = 6 − 4 − 2 = 0 og N = 5 − 4 − 2 = −1. Fyrir O≡C–N er O = 6 − 2 − 3 = +1 og N = 5 − 6 − 1 = −2. Fyrir O–C≡N er O = 6 − 6 − 1 = −1 og N = 5 − 2 − 3 = 0. Kolefni er 0 í öllum þremur og hver sett leggst saman í −1 eins og vera ber.

O≡C–N formið hefur stærstu hleðslurnar og setur jákvæða hleðslu á súrefni, rafneikvæðasta atómið, svo það leggur minnst til. O–C≡N formið setur neikvæðu hleðsluna á súrefni og er mikilvægasta framlagsbyggingin, með O=C=N skammt á eftir. Raunverulega jónin er blanda þessara formúla, eins og næsti kafli útskýrir.

Ómun þegar ein teikning getur ekki lýst tengjunum

Sumar tegundir hafa tvær eða fleiri gildar Lewis-formúlur sem eru aðeins frábrugðnar í því hvar rafeindir eru settar, með hvert atóm á sama stað. Þetta eru ómunarbyggingar, skrifaðar með tvíhöfða ör (↔) á milli. Raunverulega sameindin er ein bygging, ómunarblendingurinn, þar sem tengin eru meðaltal framlagsbygginganna. Hún skiptir ekki fram og til baka á milli þeirra.

Formíatjónin, HCOO⁻, er skýrt dæmi. Talning: 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 rafeindir. Með H og báðum O-atómum tengdum við C og súrefnisáttundir fylltar eru 18 rafeindir notaðar og kolefni hefur aðeins 6, svo eitt einstætt súrefnispar verður C=O tengi. O með tvítengi hefur FC = 6 − 4 − 2 = 0 og O með einfalt tengi hefur FC = 6 − 6 − 1 = −1. Hvort súrefnið sem er gæti haft tvítengið, svo tvær jafngildar byggingar eru til.

Þar sem framlagsbyggingarnar tvær eru jafngildar hefur blendingurinn tvö eins kolefnis-súrefnistengi, hvort um sig á milli eintengis og tvítengis, og hvort súrefni ber að meðaltali helming neikvæðu hleðslunnar. Mældar tengilengdir í karboxýlatjónum stemma við þessa mynd. Þegar framlagsbyggingar eru ekki jafngildar, eins og í sýanati, líkist blendingurinn mest byggingunum með lægri formlega hleðslu.

Þegar áttureglan svignar: oddatala, ófullkomin og útvíkkuð talning

Þrjár gerðir tegunda passa ekki við áttundarmynstrið. Sameindir með oddatölu rafeinda, eins og köfnunarefnismónoxíð, NO, með 5 + 6 = 11 gildisrafeindir, geta ekki gefið öllum atómum áttund; eitt atóm verður að bera óparaða rafeind. Tegundir af þessu tagi kallast stakeindir og eru yfirleitt hvarfgjarnar.

Sumar sameindir hafa ófullkomna áttund á miðatóminu. Í bórtríflúoríði, BF₃ (24 rafeindir), skilur formúlan með þremur einföldum B–F tengjum bór eftir með 6 rafeindir en gefur sérhverju atómi formlega hleðslu núll. Að mynda B=F tvítengi myndi aðeins fylla áttund bórs með því að gefa flúor formlega hleðslu +1 og bór −1, svo formúlan með einföldu tengjunum er venjuleg lýsing.

Atóm í lotu 3 og neðar má teikna með fleiri en átta rafeindum í kringum sig. Í PCl₅ (40 rafeindir) gefa fimm tengi fosfór 10 rafeindir. Í tríjoðíðjóninni, I₃⁻ (3 × 7 + 1 = 22 rafeindir), hefur miðjoðið tvö tengi og þrjú einstæð pör og formleg hleðsla þess er 7 − 6 − 2 = −1. Settu rafeindir sem afgangs eru á miðatómið aðeins eftir að hvert endaatóm hefur fengið áttund.

Algengar villur í Lewis-formúlum og hvernig á að finna þær

Flest mistök eru talningarmistök, svo áreiðanlegasta venjan er að ljúka hverri formúlu með tveimur athugunum: teldu hverja rafeind í teikningunni (2 fyrir hvert tengi, 2 fyrir hvert einstætt par) og berðu saman við skrifuðu heildina þína, og leggðu formlegu hleðslurnar saman til að staðfesta að þær jafngildi heildarhleðslunni.

Ef heildin þín er frábrugðin heild bekkjarfélaga eða lykilsins um tvöfalda hleðslu jónarinnar var hleðslunni líklega beitt með röngu formerki. Ef teikningin geymir annan fjölda rafeinda en heildin þín skaltu leita að tengjum sem voru talin sem ein rafeind í stað tveggja, eða rafeindum sem urðu eftir og voru aldrei settar niður. Sértæku villurnar hér að neðan skýra flestar rangar formúlur.

• Að bæta við rafeindum fyrir katjón eða draga þær frá fyrir anjón. Neikvæð hleðsla þýðir fleiri rafeindir.
• Að telja tengi sem eina rafeind. Hver lína táknar sameiginlegt par, svo það eru 2 rafeindir.
• Að gefa vetni tvö tengi eða gera það að miðatómi. Vetni rúmar aðeins 2 rafeindir.
• Að setja fleiri en 8 rafeindir á C, N, O eða F. Útvíkkuð talning er aðeins möguleg fyrir lotu 3 og neðar.
• Að líta á formlega hleðslu sem raunverulega hleðslu á atómi, eða rugla henni saman við oxunartölu, sem eignar rafneikvæðara atóminu allar tengirafeindir.
• Að teikna ómunarbyggingar með því að færa atóm. Að færa atóm býr til annað efnasamband, ekki ómunarframlag.