Льюис структуралары жана формалдык заряд: текшерүүгө боло турган ыкма

Молекулалар жана көп атомдуу иондор үчүн валенттик электрондорду саноо

Ар бир Льюис структурасы бир сандан башталат: жайгаштырууга бар болгон валенттик электрондордун жалпы саны. Башкы топтун элементтери үчүн валенттик электрондордун саны 1–18 номерлөөдөгү топ номеринин акыркы цифрасына барабар, ошондуктан көмүртек 4, азот 5, кычкылтек 6, ар бир галоген 7 берет. Суутек 1 берет, ал эми гелий, 2 менен, топ номери эрежесинин бирден-бир өзгөчөлүгү.

Иондун заряды жалпы санды өзгөртөт. Терс заряд кошумча электрондорду билдирет, ошондуктан терс заряддын ар бир бирдигине бир электрон кошосуз. Оң заряд жетишпеген электрондорду билдирет, ошондуктан кемитесиз. Аммоний иону, NH₄⁺, 5 + 4(1) − 1 = 8 валенттик электронго, ал эми карбонат иону, CO₃²⁻, 4 + 3(6) + 2 = 24 электронго ээ.

Эч нерсе тартканга чейин бул жалпы санды жазып коюңуз; бүткөн структураны ушул сан менен текшересиз.

Скелетти куруу жана электрон жуптарын жайгаштыруу

Скелет — кайсы атом кайсысы менен байланышканынын үлгүсү. Суутек жана фтор дээрлик ар дайым бир гана байланыш түзөт, ошондуктан алар четки атомдор. Борбордук атом адатта суутектен башка эң аз электр терс атом, ал көбүнчө формулада бир жолу пайда болгон атом. Оксикислоталарда суутек атомдору адатта кычкылтекке байланышат, борбордук атомго эмес.

Скелет белгиленгенден кийин калган кадамдар электрондорду ар бир атом туруктуу санга жетиши үчүн бөлүштүрөт. 2-мезгилдин атомдору (C, N, O, F) аларда төрт гана валенттик орбиталь болгондуктан, айланасында эң көбү менен сегиз электрон кармай алат, ошондуктан октет эрежеси алар үчүн катуу чек.

• Ар бир четки атомду борбордук атом менен жөнөкөй байланыш аркылуу (ар бири 2 электрон) туташтырыңыз.
• Четки атомдордун октеттерин жалгыз жуптар менен толуктаңыз (суутекке 2 гана керек).
• Калган электрондорду борбордук атомго жалгыз жуптар катары коюңуз.
• Эгер борбордук атомдо дагы 8ден аз электрон болсо, кош же үч байланыш түзүү үчүн коңшу атомдогу жалгыз жубун бөлүшүлгөн жупка айландырыңыз.
• Текшерүү: тартылган электрондор саналган жалпы санга барабар, жана 2-мезгилдин ар бир атомунда 8ден көп эмес.

Талапкер структуралардын ортосундагы сыноо катары формалдык заряд

Формалдык заряд, эгер ар бир байланыш жубу тең бөлүнсө, атом тартууда нейтралдуу эркин атом менен салыштырганда канча электронду өзүнө алып жүргөнүн сурайт. Формула FC = V − N − B/2, мында V — атомдун валенттик электрондорунун саны, N — анын байланышпаган (жалгыз жуп) электрондордун саны, ал эми B — анын байланыштарындагы электрондордун саны. Структурадагы формалдык заряддар ар дайым бөлүкчөнүн жалпы зарядына барабар болот, бул сизге орнотулган арифметикалык текшерүү берет.

Бир нече структура электрондордун санына баш ийсе, формалдык заряддар мүмкүн болушунча нөлгө жакыныраак болгонун тандаңыз. Эгер кандайдыр бир формалдык заряд калышы керек болсо, жакшыраак структура терс формалдык зарядды көбүрөөк электр терс атомго коёт жана байланышкан коңшуларга бир белгидеги заряддарды койбойт.

Формалдык заряд — эсеп, өлчөнгөн заряд эмес. Ал электр терсдикти эске албагандыктан, нөл формалдык зарядуу атом чыныгы молекулада дагы эле олуттуу жарым-жартылай заряд алып жүрүшү мүмкүн.

Чыгарылган мисал: фосген жана цианат иону

Фосген, COCl₂. Саноо: C 4, O 6 жана ар бир Cl 7 берет, демек жалпы сан 4 + 6 + 2(7) = 24 электрон. Көмүртек — борбордук атом. C тен O га жана ар бир Cl ге үч жөнөкөй байланыш 6 электронду колдонот. O жана эки Cl атомунун октеттерин толуктоо дагы 3 × 6 = 18ди колдонот, жалпысынан 24, ошондуктан көмүртек үчүн электрон калбайт. Көмүртектин айланасында 6 электрон гана бар, ошондуктан бир жалгыз жубун экинчи байланышка айландырыңыз. O нун жалгыз жубун жылдыруу C=O берет; Cl дин жалгыз жубун жылдыруу C=Cl берет.

Формалдык заряд экөөнүн арасынан чечет. C=O менен кычкылтектин 4 байланышпаган жана 4 байланыштуу электрону бар: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Ар бир Cl дин 6 байланышпаган жана 2 байланыштуу электрону бар: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Көмүртектин 8 байланыштуу электрону бар: FC = 4 − 0 − 4 = 0. Анын ордуна C=Cl менен ал Cl 7 − 4 − 2 = +1 болот, ал эми жөнөкөй байланышкан O 6 − 6 − 1 = −1 болот. C=O кош байланышы бар баары нөл структура артыкчылыктуу.

Цианат иону, OCN⁻. Саноо: 6 + 4 + 5 + 1 = 16 электрон, көмүртек борбордук. Үч жайгашуу көмүртекке октет берет: O=C=N, O≡C–N жана O–C≡N, ар биринде жалгыз жуптар O жана N дагы октеттерди толуктайт. O=C=N үчүн O = 6 − 4 − 2 = 0 жана N = 5 − 4 − 2 = −1. O≡C–N үчүн O = 6 − 2 − 3 = +1 жана N = 5 − 6 − 1 = −2. O–C≡N үчүн O = 6 − 6 − 1 = −1 жана N = 5 − 2 − 3 = 0. Көмүртек үчөөндө тең 0, жана ар бир топтомдун суммасы −1, болушу керек болгондой.

O≡C–N түрүндө эң чоң заряддар бар жана оң заряд эң электр терс атом болгон кычкылтекте турат, ошондуктан ал эң аз салым кошот. O–C≡N түрү терс зарядды кычкылтекке коёт жана эң маанилүү салым кошуучу, O=C=N ага жакын. Чыныгы ион бул структуралардын аралашмасы, кийинки бөлүм түшүндүргөндөй.

Бир сүрөт байланыштарды сүрөттөй албаганда резонанс

Кээ бир бөлүкчөлөрдө электрондор кайда коюлганы менен гана айырмаланган, ар бир атом бир эле жерде турган эки же андан көп жарактуу Льюис структуралары бар. Булар резонанстык структуралар, алардын ортосуна эки башчан жебе (↔) менен жазылат. Чыныгы молекула — бир структура, резонанстык гибрид, анын байланыштары салым кошуучулардын орточосу. Ал алардын арасында алдыга-артка которулбайт.

Формиат иону, HCOO⁻, таза мисал. Саноо: 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 электрон. H жана эки O атому C ге байланышып, кычкылтек октеттери толукталганда 18 электрон колдонулат жана көмүртекте 6 гана бар, ошондуктан кычкылтектин бир жалгыз жубу C=O байланышына айланат. Кош байланышкан O нун FC = 6 − 4 − 2 = 0 жана жөнөкөй байланышкан O нун FC = 6 − 6 − 1 = −1. Кош байланышты каалаган кычкылтек кармай алат, ошондуктан эки барабар структура бар.

Эки салым кошуучу барабар болгондуктан, гибриддин эки бирдей көмүртек–кычкылтек байланышы бар, ар бири жөнөкөй менен кош байланыштын ортосунда, жана ар бир кычкылтек терс зарядды орто эсеп менен жарымын алып жүрөт. Карбоксилат иондорундагы өлчөнгөн байланыш узундуктары бул сүрөткө дал келет. Салым кошуучулар барабар болбосо, цианаттагыдай, гибрид эң аз формалдык зарядуу структураларга окшош.

Октет эрежеси ийилгенде: так эмес, толук эмес жана кеңейтилген сандар

Үч түрдөгү бөлүкчө октет үлгүсүнө дал келбейт. Азот(II) оксиди, NO, 5 + 6 = 11 валенттик электрону бар сыяктуу так санды электрондуу молекулалар ар бир атомго октет бере албайт; бир атом жупталбаган электронду алып жүрүшү керек. Мындай бөлүкчөлөр радикалдар деп аталат жана адатта реакцияга активдүү.

Кээ бир молекулаларда борбордук атомдо толук эмес октет бар. Бор трифторидинде, BF₃ (24 электрон), үч B–F жөнөкөй байланышы бар структура борду 6 электрон менен калтырат, бирок ар бир атомго нөл формалдык заряд берет. B=F кош байланыш түзүү борду октетке жеткирет, бирок фторго +1 жана борго −1 формалдык заряд берүү менен гана, ошондуктан жөнөкөй байланыштуу структура кадимки сүрөттөмө.

3-мезгилдеги жана андан төмөнкү атомдорду айланасында сегизден көп электрон менен тартууга болот. PCl₅ те (40 электрон) беш байланыш фосфорго 10 электрон берет. Трииодид иону, I₃⁻ (3 × 7 + 1 = 22 электрон), борбордук йод эки байланышты жана үч жалгыз жупту кармайт, жана анын формалдык заряды 7 − 6 − 2 = −1. Калган электрондорду борбордук атомго ар бир четки атом октетин алгандан кийин гана коюңуз.

Льюис структураларындагы кеңири таралган каталар жана аларды кантип байкоо керек

Жаңылыштыктардын көбү санак жаңылыштыктары, ошондуктан эң ишенимдүү адат — ар бир структураны эки текшерүү менен бүтүрүү: сүрөттөгү ар бир электронду (байланышка 2, жалгыз жупка 2) жазып койгон жалпы санга каршы санаңыз жана формалдык заряддар жалпы зарядга барабар экенин ырастоо үчүн аларды кошуңуз.

Эгер сиздин жалпы санаңыз классташыңыздыкынан же жооптор ачкычынан иондун зарядынын эки эсесине айырмаланса, заряд мүмкүн туура эмес белги менен колдонулган. Эгер сүрөт жалпы санаңыздан башка сандагы электрондорду кармаса, бир электрондун ордуна эки эмес бир деп саналган байланыштарды же эч качан жайгаштырылбаган калган электрондорду издеңиз. Төмөнкү өзгөчө каталар туура эмес структуралардын көбүн түшүндүрөт.

• Катион үчүн электрондорду кошуу же анион үчүн кемитүү. Терс заряд көбүрөөк электрондорду билдирет.
• Байланышты бир электрон деп санап коюу. Ар бир сызык бөлүшүлгөн жупту билдирет, ошондуктан ал 2 электрон.
• Суутекке эки байланыш берүү же аны борбордук атом кылуу. Суутек 2 электронду гана кармайт.
• C, N, O же F ге 8ден көп электрон коюу. Кеңейтилген сандар 3-мезгил жана андан төмөн үчүн гана мүмкүн.
• Формалдык зарядды атомдун чыныгы заряды деп эсептөө же аны бардык байланыш электрондорун көбүрөөк электр терс атомго ыйгарган кычкылдануу даражасы менен чаташтыруу.
• Атомдорду жылдыруу менен резонанстык структураларды тартуу. Атомду жылдыруу башка кошулма жаратат, резонанстык салым кошуучу эмес.