Avahiyên Lewis û barê fermî: rêbazeke ku tu dikarî kontrol bikî

Jimartina elektronên valansê ji bo molekul û îyonên pirratomî

Her avahiyeke Lewis bi yek hejmarê dest pê dike: hejmara tevahî ya elektronên valansê yên ku têne danîn. Ji bo elementên koma sereke, hejmara elektronên valansê bi reqema dawî ya hejmara komê di jimartina 1–18 de re wekhev e, ji ber vê yekê karbon 4, nîtrojen 5, oksîjen 6, û her halojen 7 dide. Hîdrojen 1 dide, û helyûm, bi 2, îstisnaya yekane ya rêzika hejmara komê ye.

Barê îyonekê tevahiyê diguherîne. Barê neyînî tê wateya elektronên zêde, ji ber vê yekê tu ji bo her yekeya barê neyînî elektronek zêde dikî. Barê erênî tê wateya elektronên kêm, ji ber vê yekê tu jê dikî. Îyona amonyûmê, NH₄⁺, 5 + 4(1) − 1 = 8 elektronên valansê heye, dema ku îyona karbonatê, CO₃²⁻, 4 + 3(6) + 2 = 24 heye.

Vê tevahiyê berî xêzkirina tiştekî binivîse; ew hejmar e ku tu avahiya qediyayî li hember wê kontrol dikî.

Avakirina skeletê û danîna cotên elektronan

Skelet nimûneya ku kîjan atom bi kîjanê ve girêdayî ye. Hîdrojen û flûor hema hema her gav tenê yek girêdan çêdikin, ji ber vê yekê ew atomên dawîn in. Atoma navendî bi gelemperî atoma herî kêm elektronnegatîv e ji bilî hîdrojenê, ku bi gelemperî atoma ye ku di formulê de carekê xuya dibe. Di oksîasîdan de, atomên hîdrojenê bi gelemperî bi oksîjenê ve girêdayî ne, ne bi atoma navendî.

Gava skelet hat saz kirin, gavên mayî elektronan belav dikin da ku her atom bigihîje hejmareke aram. Atomên perîyoda 2 (C, N, O, F) herî zêde heşt elektronan dora xwe digirin ji ber ku tenê çar orbîtalên valansê hene, ev e sedema ku rêzika oktetê ji wan re sînorekî hişk e.

• Her atoma dawîn bi atoma navendî re bi girêdaneke yekane girêbide (2 elektron ji bo her yekê).
• Oktetên atomên dawîn bi cotên tenê temam bike (hîdrojen tenê 2 hewce dike).
• Her elektronên mayî li ser atoma navendî wekî cotên tenê deyne.
• Heke atoma navendî hê jî ji 8 elektronan kêmtir heye, cotekî tenê li ser atomeke cîran bike cotekî parvekirî da ku girêdaneke dualî an sêalî çêbibe.
• Kontrol: elektronên xêzkirî bi tevahiya jimartî re wekhev in, û her atomeke perîyoda 2 ji 8 zêdetir nîne.

Barê fermî wekî testeke di navbera avahiyên namzed de

Barê fermî dipirse atomek di xêzkirinê de çend elektronan xwedî dike li gorî atoma azad a bêalî, heke her cota girêdanê bi wekhevî bê dabeşkirin. Formul FC = V − N − B/2 e, ku V hejmara elektronên valansê yên atomê ye, N hejmara elektronên negirêdayî (cotên tenê) li ser wê ye, û B hejmara elektronên di girêdanên wê de ye. Barên fermî yên di avahiyekê de her gav bi barê giştî yê cureyê re dibin yek, ku kontrolkirineke hesabê ya çêkirî dide te.

Dema çend avahî hejmara elektronan dişopînin, ya ku tê de barên fermî herî nêzîk sifirê ne hilbijêre. Heke hin barê fermî divê bimîne, avahiya çêtir barê fermî yê neyînî li ser atoma elektronnegatîvtir datîne û ji danîna barên bi heman nîşanê li ser cîranên girêdayî dûr dikeve.

Barê fermî tomarkirin e, ne barekî pîvandî. Ji ber ku ew elektronnegatîvîtiyê paşguh dike, atomeke bi barê fermî yê sifir dikare di molekula rastîn de dîsa jî barekî beşî yê girîng hilgire.

Mînaka çareserkirî: fosgen û îyona sîyanatê

Fosgen, COCl₂. Jimartin: C 4 dide, O 6 dide, û her Cl 7 dide, ji ber vê yekê tevahî 4 + 6 + 2(7) = 24 elektron e. Karbon atoma navendî ye. Sê girêdanên yekane ji C bo O û bo her Cl 6 elektronan bi kar tînin. Temamkirina oktetên O û her du atomên Cl 3 × 6 = 18 zêdetir bi kar tîne, bi tevahî 24, ji ber vê yekê tu elektron ji bo karbonê namînin. Karbon tenê 6 elektron dora xwe heye, ji ber vê yekê cotekî tenê bike girêdana duyemîn. Guhastina cotekî tenê yê O C=O dide; guhastina cotekî tenê yê Cl C=Cl dide.

Barê fermî di navbera wan de biryar dide. Bi C=O, oksîjen 4 elektronên negirêdayî û 4 elektronên girêdayî heye: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Her Cl 6 elektronên negirêdayî û 2 elektronên girêdayî heye: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Karbon 8 elektronên girêdayî heye: FC = 4 − 0 − 4 = 0. Bi C=Cl li şûna wê, ew Cl dibe 7 − 4 − 2 = +1 û O bi girêdaneke yekane dibe 6 − 6 − 1 = −1. Avahiya hemû-sifir bi girêdana dualî ya C=O tê tercîhkirin.

Îyona sîyanatê, OCN⁻. Jimartin: 6 + 4 + 5 + 1 = 16 elektron, bi karbon di navendê de. Sê rêzkirin oktetekê didin karbonê: O=C=N, O≡C–N û O–C≡N, her yek bi cotên tenê yên ku oktetên O û N temam dikin. Ji bo O=C=N, O = 6 − 4 − 2 = 0 û N = 5 − 4 − 2 = −1. Ji bo O≡C–N, O = 6 − 2 − 3 = +1 û N = 5 − 6 − 1 = −2. Ji bo O–C≡N, O = 6 − 6 − 1 = −1 û N = 5 − 2 − 3 = 0. Karbon di her sêyan de 0 ye, û her komek bi −1 dibe yek wekî ku divê.

Forma O≡C–N barên herî mezin heye û barê erênî li ser oksîjenê, atoma herî elektronnegatîv, datîne, ji ber vê yekê ew herî kêm beşdar dibe. Forma O–C≡N barê neyînî li ser oksîjenê datîne û beşdarkera herî girîng e, bi O=C=N nêzîk li pey wê. Îyona rastîn tevliheviyeke van avahiyan e, wekî beşa din rave dike.

Rezonans dema yek xêzkirin nikare girêdanan vebêje

Hin cure du an zêdetir avahiyên Lewis yên derbasdar hene ku tenê di cihê danîna elektronan de ji hev cuda ne, bi her atomê di heman cihî de. Ev avahiyên rezonansê ne, bi tîra du-serî (↔) di navbera wan de têne nivîsandin. Molekula rastîn avahiyeke yekane ye, hîbrîda rezonansê, ku girêdanên wê navîniyeke beşdarkeran in. Ew di navbera wan de nade û nagire.

Îyona formatê, HCOO⁻, mînakeke zelal e. Jimartin: 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 elektron. Bi H û her du atomên O bi C ve girêdayî û oktetên oksîjenê temam kirî, 18 elektron têne bikaranîn û karbon tenê 6 heye, ji ber vê yekê cotekî tenê yê oksîjenê dibe girêdana C=O. O ya bi girêdana dualî FC = 6 − 4 − 2 = 0 heye û O ya bi girêdana yekane FC = 6 − 6 − 1 = −1 heye. Her oksîjen dikare girêdana dualî bigire, ji ber vê yekê du avahiyên wekhev hene.

Ji ber ku her du beşdarker wekhev in, hîbrîd du girêdanên karbon–oksîjenê yên yeksan heye, her yek di navbera girêdana yekane û dualî de, û her oksîjen bi navînî nîvê barê neyînî hildigire. Dirêjahiyên girêdanê yên pîvandî di îyonên karboksîlatê de bi vê wêneyê re li hev tên. Dema beşdarker wekhev nînin, wekî di sîyanatê de, hîbrîd herî zêde dişibe avahiyên bi barê fermî yê kêmtir.

Dema rêzika oktetê dizivire: hejmarên tek, nekêmil û berfireh

Sê cure ji nimûneya oktetê re nagirin. Molekulên bi elektronên tek, wekî monoksîda nîtrojenê, NO, bi 5 + 6 = 11 elektronên valansê, nikarin oktetekê bidin her atomê; divê yek atom elektroneke nejêkirî hilgire. Cureyên wiha radîkal têne gotin û bi gelemperî reaktîf in.

Hin molekul oktetekî nekêmil li ser atoma navendî hene. Di trîflûorîda borê de, BF₃ (24 elektron), avahiya bi sê girêdanên yekane B–F bor bi 6 elektronan dihêle lê barê fermî yê sifir dide her atomê. Çêkirina girêdaneke dualî B=F dê oktetê borê temam bike tenê bi dayîna barê fermî yê +1 ji flûorê û −1 ji borê, ji ber vê yekê avahiya bi girêdanên yekane vegotina asayî ye.

Atomên di perîyoda 3 û jêrtir de dikarin bi zêdetirî heşt elektronan dora xwe werin xêzkirin. Di PCl₅ (40 elektron) de, pênc girêdan 10 elektronan didin fosforê. Di îyona trîîodîdê, I₃⁻ (3 × 7 + 1 = 22 elektron), de, îoda navendî du girêdan û sê cotên tenê digire, û barê wê yê fermî 7 − 6 − 2 = −1 e. Elektronên mayî tenê piştî ku her atoma dawîn oktetê xwe girt li ser atoma navendî deyne.

Xeletiyên berbelav ên avahiyên Lewis û çawa wan bigirin

Piraniya şaşiyan şaşiyên jimartinê ne, ji ber vê yekê adeta herî pêbawer ew e ku her avahiyekê bi du kontrolan biqedîne: her elektronê di xêzkirinê de bijmêre (2 ji bo her girêdanê, 2 ji bo her cota tenê) li hember tevahiya xwe ya nivîskî, û barên fermî li hev bike da ku piştrast bikî ku ew bi barê giştî re wekhev in.

Heke tevahiya te bi ya hevalekî polê an bersivê re bi du carî barê îyonê cuda ye, bar bi îhtîmaleke mezin bi nîşana şaş hatiye sepandin. Heke xêzkirin hejmareke elektronan a cuda ji tevahiya te digire, li girêdanên ku wekî yek elektron li şûna du hatine jimartin, an li elektronên mayî yên ku qet nehatine danîn, bigere. Xeletiyên taybet ên jêrîn piraniya avahiyên şaş rave dikin.

• Zêdekirina elektronan ji bo katyonekê an jêkirina wan ji bo anyonekê. Barê neyînî tê wateya elektronên zêdetir.
• Jimartina girêdanekê wekî yek elektron. Her xêz cotekî parvekirî nîşan dide, ji ber vê yekê ew 2 elektron e.
• Dayîna du girêdanan ji hîdrojenê an kirina wê atoma navendî. Hîdrojen tenê 2 elektronan digire.
• Danîna zêdetirî 8 elektronan li ser C, N, O an F. Jimartinên berfireh tenê ji bo perîyoda 3 û jêrtir mimkûn in.
• Dîtina barê fermî wekî barê rastîn li ser atomekê, an tevlihevkirina wê bi hejmara oksîdasyonê, ku hemû elektronên girêdanê dide atoma elektronnegatîvtir.
• Xêzkirina avahiyên rezonansê bi guhastina atoman. Guhastina atomekê pêkhateyeke cuda diafirîne, ne beşdarkerekî rezonansê.