Льюис құрылымдары және формалды заряд: тексеруге болатын әдіс

Молекулалар мен көпатомды иондар үшін валенттік электрондарды санау

Әрбір Льюис құрылымы бір саннан басталады: орналастыруға болатын валенттік электрондардың жалпы саны. Негізгі топ элементтері үшін валенттік электрондар саны 1–18 нөмірлеуіндегі топ нөмірінің соңғы цифрына тең, сондықтан көміртек 4, азот 5, оттек 6, ал әр галоген 7 береді. Сутек 1 береді, ал 2 электроны бар гелий топ нөмірі ережесінің жалғыз ерекшелігі.

Ион заряды жалпы санды өзгертеді. Теріс заряд артық электрондарды білдіреді, сондықтан теріс заряд бірлігіне бір электрон қосасыз. Оң заряд жетіспейтін электрондарды білдіреді, сондықтан азайтасыз. Аммоний ионында NH₄⁺ 5 + 4(1) − 1 = 8 валенттік электрон бар, ал карбонат ионында CO₃²⁻ 4 + 3(6) + 2 = 24.

Бірдеңе сызбас бұрын осы жалпы санды жазып қойыңыз; дайын құрылымды тексеретін сан осы.

Қаңқа құру және электрон жұптарын орналастыру

Қаңқа — қай атомның қайсысымен байланысатынының үлгісі. Сутек пен фтор әрқашан дерлік тек бір байланыс түзеді, сондықтан олар терминал атомдар. Орталық атом әдетте сутектен басқа электртерістігі ең аз атом, ол жиі формулада бір рет кездесетін атом. Оттекті қышқылдарда сутек атомдары әдетте орталық атомға емес, оттекке байланысқан.

Қаңқа белгіленген соң, қалған қадамдар әр атом тұрақты санға жететіндей етіп электрондарды бөледі. 2-период атомдары (C, N, O, F) айналасында ең көбі сегіз электрон ұстай алады, өйткені оларда тек төрт валенттік орбиталь бар, сондықтан октет ережесі олар үшін қатаң шек.

• Әр терминал атомды орталық атомға жай байланыспен (әрқайсысы 2 электрон) жалғаңыз.
• Терминал атомдардың октеттерін бөлінбеген жұптармен толтырыңыз (сутекке тек 2 керек).
• Қалған электрондарды орталық атомға бөлінбеген жұптар ретінде қойыңыз.
• Егер орталық атомда әлі де 8-ден аз электрон болса, көрші атомдағы бөлінбеген жұпты ортақ жұпқа айналдырып, қос немесе үш байланыс жасаңыз.
• Тексеру: сызылған электрондар саны есептелген жалпы санға тең, және әр 2-период атомында 8-ден артық жоқ.

Үміткер құрылымдар арасындағы тест ретінде формалды заряд

Формалды заряд, егер әр байланыс жұбы тең бөлінсе, атомның сызбада бейтарап бос атоммен салыстырғанда қанша электронға ие екенін сұрайды. Формула: FC = V − N − B/2, мұндағы V — атомның валенттік электрондар саны, N — оған тиесілі байланыспайтын (бөлінбеген жұп) электрондар саны, ал B — оның байланыстарындағы электрондар саны. Құрылымдағы формалды зарядтар әрқашан бөлшектің жалпы зарядына тең болады, бұл сізге кіріктірілген арифметикалық тексеру береді.

Электрон санына бірнеше құрылым бағынғанда, формалды зарядтар нөлге мүмкіндігінше жақын құрылымды таңдаңыз. Егер қандай да бір формалды заряд қалуы керек болса, жақсы құрылым теріс формалды зарядты электртерістігі жоғары атомға қояды және байланысқан көршілерге бірдей таңбалы зарядтар қоюдан сақтанады.

Формалды заряд — есеп жүргізу, өлшенген заряд емес. Ол электртерістікті елемейтіндіктен, формалды заряды нөл атом нақты молекулада елеулі ішінара заряд көтеруі мүмкін.

Шешілген мысал: фосген және цианат ионы

Фосген, COCl₂. Санау: C 4, O 6 және әр Cl 7 береді, сондықтан жалпы саны 4 + 6 + 2(7) = 24 электрон. Көміртек — орталық атом. C-дан O-ға және әр Cl-ге үш жай байланыс 6 электрон жұмсайды. O және екі Cl атомының октеттерін толтыру тағы 3 × 6 = 18 жұмсайды, барлығы 24, сондықтан көміртекке электрон қалмайды. Көміртектің айналасында тек 6 электрон бар, сондықтан бір бөлінбеген жұпты екінші байланысқа айналдырыңыз. O бөлінбеген жұбын жылжыту C=O береді; Cl бөлінбеген жұбын жылжыту C=Cl береді.

Таңдауды формалды заряд шешеді. C=O болғанда оттекте 4 байланыспайтын және 4 байланыстағы электрон бар: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Әр Cl-де 6 байланыспайтын және 2 байланыстағы электрон бар: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Көміртекте 8 байланыстағы электрон бар: FC = 4 − 0 − 4 = 0. Оның орнына C=Cl болса, сол Cl 7 − 4 − 2 = +1 болады, ал жай байланысқан O 6 − 6 − 1 = −1 болады. C=O қос байланысы бар, бәрі нөл құрылым артық көрінеді.

Цианат ионы, OCN⁻. Санау: 6 + 4 + 5 + 1 = 16 электрон, көміртек орталықта. Көміртекке октет беретін үш орналасу бар: O=C=N, O≡C–N және O–C≡N, әрқайсысында O және N октеттерін бөлінбеген жұптар толтырады. O=C=N үшін O = 6 − 4 − 2 = 0 және N = 5 − 4 − 2 = −1. O≡C–N үшін O = 6 − 2 − 3 = +1 және N = 5 − 6 − 1 = −2. O–C≡N үшін O = 6 − 6 − 1 = −1 және N = 5 − 2 − 3 = 0. Үшеуінде де көміртек 0, және әр жиынның қосындысы болуы керегіндей −1.

O≡C–N түрінде ең үлкен зарядтар бар және оң зарядты ең электртерісті атом — оттекке қояды, сондықтан ол ең аз үлес қосады. O–C≡N түрі теріс зарядты оттекке қояды және ең маңызды үлес қосушы, O=C=N оған жақын. Нақты ион осы құрылымдардың қоспасы, оны келесі бөлім түсіндіреді.

Бір сызба байланыстарды сипаттай алмағанда резонанс

Кейбір бөлшектерде тек электрондардың орналасуымен ерекшеленетін екі немесе одан көп жарамды Льюис құрылымы бар, ал әр атом бірдей орында. Бұл резонанстық құрылымдар, олардың арасына екі жақты көрсеткі (↔) қойып жазылады. Нақты молекула — бір құрылым, резонанстық гибрид, оның байланыстары үлес қосушылардың орташасы. Ол олардың арасында алма-кезек ауыспайды.

Формиат ионы, HCOO⁻, анық мысал. Санау: 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 электрон. H және екі O атомы C-ға байланысып, оттек октеттері толтырылғанда, 18 электрон жұмсалады және көміртекте тек 6 бар, сондықтан бір оттек бөлінбеген жұбы C=O байланысына айналады. Қос байланысқан O-ның FC = 6 − 4 − 2 = 0, ал жай байланысқан O-ның FC = 6 − 6 − 1 = −1. Қос байланысты екі оттектің кез келгені ұстай алады, сондықтан екі эквивалентті құрылым бар.

Екі үлес қосушы эквивалентті болғандықтан, гибридте екі бірдей көміртек–оттек байланысы бар, олардың әрқайсысы жай және қос байланыстың аралығында, және әр оттек орта есеппен теріс зарядтың жартысын көтереді. Карбоксилат иондарындағы өлшенген байланыс ұзындықтары бұл бейнеге сәйкес келеді. Үлес қосушылар эквивалентті болмағанда, цианаттағыдай, гибрид формалды заряды аз құрылымдарға көбірек ұқсайды.

Октет ережесі иілгенде: тақ, толымсыз және кеңейтілген сандар

Үш түрлі бөлшек октет үлгісіне сәйкес келмейді. Азот(II) оксиді NO сияқты, 5 + 6 = 11 валенттік электроны бар тақ электронды молекулалар әр атомға октет бере алмайды; бір атом жұптаспаған электронды көтеруі керек. Мұндай бөлшектерді радикалдар деп атайды және олар әдетте реакцияласқыш.

Кейбір молекулалардың орталық атомында толымсыз октет бар. Бор трифторидінде BF₃ (24 электрон) үш B–F жай байланысы бар құрылым борға 6 электрон қалдырады, бірақ әр атомға нөлдік формалды заряд береді. B=F қос байланысын түзу борның октетін фторға +1 және борға −1 формалды заряд беру арқылы ғана толтырар еді, сондықтан жай байланысты құрылым әдеттегі сипаттама.

3-период және одан төмендегі атомдарды айналасында сегізден көп электронмен сызуға болады. PCl₅-те (40 электрон) бес байланыс фосфорға 10 электрон береді. Трийодид ионында I₃⁻ (3 × 7 + 1 = 22 электрон) орталық йодта екі байланыс және үш бөлінбеген жұп бар, ал оның формалды заряды 7 − 6 − 2 = −1. Қалған электрондарды әр терминал атом октетін алғаннан кейін ғана орталық атомға қойыңыз.

Льюис құрылымдарының жиі қателері және оларды қалай ұстау керек

Қателердің көбі санау қателері, сондықтан ең сенімді әдет — әр құрылымды екі тексерумен аяқтау: сызбадағы әр электронды (байланысқа 2, бөлінбеген жұпқа 2) жазған жалпы санмен салыстырып санау және формалды зарядтарды қосып, олар жалпы зарядқа тең екенін растау.

Егер сіздің жалпы саныңыз курстасыңыздан немесе жауаптан ионның екі еселенген зарядына ерекшеленсе, заряд бәлкім қате таңбамен қолданылған. Егер сызба сіздің жалпы саныңыздан өзгеше санда электрон ұстаса, бір электрон ретінде есептелген, екі емес, байланыстарды немесе ешқашан орналастырылмаған қалдық электрондарды іздеңіз. Төмендегі нақты қателер қате құрылымдардың көбін түсіндіреді.

• Катион үшін электрондарды қосу немесе анион үшін азайту. Теріс заряд көбірек электрон деген сөз.
• Байланысты бір электрон деп санау. Әр сызық ортақ жұпты білдіреді, сондықтан ол 2 электрон.
• Сутекке екі байланыс беру немесе оны орталық атом ету. Сутек тек 2 электрон ұстайды.
• C, N, O немесе F-қа 8-ден көп электрон қою. Кеңейтілген сандар тек 3-период және одан төмен үшін мүмкін.
• Формалды зарядты атомдағы нақты заряд деп санау немесе оны тотығу дәрежесімен шатастыру, ол барлық байланыс электрондарын электртерістігі жоғары атомға береді.
• Резонанстық құрылымдарды атомдарды жылжыту арқылы сызу. Атомды жылжыту резонанстық үлес қосушыны емес, басқа қосылысты жасайды.