Льюисийн бүтэц ба албан ёсны цэнэг: шалгаж болох арга

Молекул ба олон атомт ионы валентын электроныг тоолох

Льюисийн бүтэц бүр нэг тоогоор эхэлнэ: байрлуулах боломжтой валентын электронуудын нийт тоо. Үндсэн бүлгийн элементүүдийн валентын электроны тоо нь 1–18 дугаарлалтын бүлгийн дугаарын сүүлчийн цифртэй тэнцүү, иймээс нүүрстөрөгч 4, азот 5, хүчилтөрөгч 6, галоген бүр 7 өгнө. Устөрөгч 1 өгнө, 2-той гели нь бүлгийн дугаарын дүрмийн цорын ганц үл хамаарах тохиолдол.

Ионы цэнэг нийт тоог өөрчилнө. Сөрөг цэнэг нь илүү электрон гэсэн үг тул сөрөг цэнэгийн нэгж бүрт нэг электрон нэмнэ. Эерэг цэнэг нь электрон дутсан гэсэн үг тул хасна. Аммонийн ион NH₄⁺ нь 5 + 4(1) − 1 = 8 валентын электронтой, харин карбонатын ион CO₃²⁻ нь 4 + 3(6) + 2 = 24.

Юу ч зурахаасаа өмнө энэ нийт тоог бич; бэлэн болсон бүтцээ шалгах тоо энэ юм.

Араг бүтцийг зохиож, электрон хосуудыг байрлуулах

Араг бүтэц нь аль атом аль атомтай холбогдох хэв маяг. Устөрөгч ба фтор бараг үргэлж зөвхөн нэг холбоо үүсгэдэг тул төгсгөлийн атомууд байна. Төв атом нь ихэвчлэн устөрөгчөөс бусад хамгийн бага цахилгаан сөрөг атом бөгөөд энэ нь ихэвчлэн томьёонд нэг л удаа гардаг атом. Хүчилтөрөгчит хүчлүүдэд устөрөгчийн атомууд ихэвчлэн төв атомтай биш хүчилтөрөгчтэй холбогддог.

Араг бүтэц тогтсоны дараа үлдсэн алхмууд электронуудыг атом бүр тогтвортой тоонд хүрэхээр хуваарилна. 2-р үеийн атомууд (C, N, O, F) дөрвөн л валентын орбиталтай тул тэдний эргэн тойронд хамгийн ихдээ найман электрон багтах бөгөөд иймээс октетийн дүрэм тэдэнд хатуу хязгаар юм.

• Төгсгөлийн атом бүрийг төв атомтай нэг ганц холбоогоор холбо (тус бүр 2 электрон).
• Төгсгөлийн атомуудын октетийг дангар хосуудаар гүйцээ (устөрөгчид зөвхөн 2 хэрэгтэй).
• Үлдсэн электронуудыг төв атом дээр дангар хос болгон байрлуул.
• Хэрэв төв атом 8-аас цөөн электронтой хэвээр байвал хөрш атом дээрх дангар хосыг хуваалцсан хос болгон хувиргаж давхар эсвэл гурвалсан холбоо үүсгэ.
• Шалга: зурсан электронууд тоолсон нийт тоотой тэнцүү, 2-р үеийн атом бүрд 8-аас илүүгүй байх.

Нэр дэвшигч бүтцүүдийн хоорондох шалгуур болох албан ёсны цэнэг

Албан ёсны цэнэг нь холбоо үүсгэгч хос бүрийг тэнцүү хуваавал атом зураг дээр саармаг чөлөөт атомтай харьцуулахад хэдэн электрон эзэмшиж байгааг асуудаг. Томьёо нь FC = V − N − B/2, энд V нь атомын валентын электроны тоо, N нь түүн дээрх холбоо үүсгээгүй (дангар хосын) электроны тоо, B нь түүний холбоонд байгаа электроны тоо. Бүтэц дэх албан ёсны цэнэгүүд үргэлж төрлийн нийт цэнэгтэй тэнцүү нийлбэртэй байх бөгөөд энэ нь арифметикийн шалгалт өгнө.

Хэд хэдэн бүтэц электроны тоог хангаж байвал албан ёсны цэнэгүүд аль болох тэгт ойр байгааг илүүд үз. Хэрэв зарим албан ёсны цэнэг үлдэх ёстой бол илүү сайн бүтэц нь сөрөг албан ёсны цэнэгийг илүү цахилгаан сөрөг атом дээр байрлуулж, холбогдсон хөршүүд дээр ижил тэмдгийн цэнэг тавихаас зайлсхийнэ.

Албан ёсны цэнэг нь бүртгэл, хэмжсэн цэнэг биш. Энэ нь цахилгаан сөрөг чанарыг үл тоодог тул албан ёсны цэнэг нь тэг атом ч бодит молекулд мэдэгдэхүйц хэсэгчилсэн цэнэг үүрч болно.

Бодит жишээ: фосген ба цианатын ион

Фосген COCl₂. Тоол: C 4, O 6, Cl тус бүр 7 өгдөг тул нийт 4 + 6 + 2(7) = 24 электрон. Нүүрстөрөгч нь төв атом. C-ээс O болон Cl бүр рүү гурван ганц холбоо 6 электрон зарцуулна. O ба хоёр Cl атомын октетийг гүйцээхэд 3 × 6 = 18 нэмэлт, нийт 24 зарцуулагдах тул нүүрстөрөгчид электрон үлдэхгүй. Нүүрстөрөгч эргэн тойронд нь зөвхөн 6 электронтой тул нэг дангар хосыг хоёр дахь холбоо болгон хувиргаж ав. O-ийн дангар хосыг шилжүүлбэл C=O, Cl-ийн дангар хосыг шилжүүлбэл C=Cl гарна.

Албан ёсны цэнэг тэдний хооронд шийднэ. C=O-той үед хүчилтөрөгч 4 холбоо үүсгээгүй, 4 холбоо үүсгэгч электронтой: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Cl бүр 6 холбоо үүсгээгүй, 2 холбоо үүсгэгч электронтой: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Нүүрстөрөгч 8 холбоо үүсгэгч электронтой: FC = 4 − 0 − 4 = 0. C=Cl байсан бол тэр Cl нь 7 − 4 − 2 = +1, ганц холбоотой O нь 6 − 6 − 1 = −1 болно. C=O давхар холбоотой бүх тэг бүтэц нь илүүд үзэгдэнэ.

Цианатын ион OCN⁻. Тоол: 6 + 4 + 5 + 1 = 16 электрон, нүүрстөрөгч төвд. Гурван байршил нүүрстөрөгчид октет өгнө: O=C=N, O≡C–N, O–C≡N, тус бүрт O ба N дээрх октетийг дангар хосууд гүйцээнэ. O=C=N-д O = 6 − 4 − 2 = 0, N = 5 − 4 − 2 = −1. O≡C–N-д O = 6 − 2 − 3 = +1, N = 5 − 6 − 1 = −2. O–C≡N-д O = 6 − 6 − 1 = −1, N = 5 − 2 − 3 = 0. Нүүрстөрөгч гурвуулаа 0, мөн багц бүрийн нийлбэр заавал байх ёстой −1.

O≡C–N хэлбэр хамгийн том цэнэгтэй бөгөөд хамгийн цахилгаан сөрөг атом болох хүчилтөрөгч дээр эерэг цэнэг тавьдаг тул хамгийн бага хувь нэмэр оруулна. O–C≡N хэлбэр сөрөг цэнэгийг хүчилтөрөгч дээр тавьдаг бөгөөд хамгийн чухал хувь нэмэр оруулагч, O=C=N ойролцоо. Бодит ион нь дараагийн хэсэгт тайлбарласны дагуу эдгээр бүтцийн холимог юм.

Нэг зураг холбоог дүрслэж чадахгүй үед резонанс

Зарим төрөл электрон хаана байрлахаараа л ялгаатай, атом бүр ижил байрлалтай хоёр ба түүнээс олон хүчинтэй Льюисийн бүтэцтэй. Эдгээр нь резонансын бүтэц бөгөөд хооронд нь хоёр толгойт сум (↔) бичигдэнэ. Бодит молекул нь нэг бүтэц, резонансын гибрид бөгөөд холбоонууд нь хувь нэмэр оруулагчдын дундаж. Энэ нь тэдний хооронд хойш урагш шилжихгүй.

Формиатын ион HCOO⁻ нь тод жишээ. Тоол: 1 + 4 + 2(6) + 1 = 18 электрон. H болон хоёр O атом C-тэй холбогдож, хүчилтөрөгчийн октетүүд гүйцсэний дараа 18 электрон зарцуулагдаж, нүүрстөрөгч зөвхөн 6-тай үлддэг тул нэг хүчилтөрөгчийн дангар хос C=O холбоо болно. Давхар холбоотой O-ийн FC = 6 − 4 − 2 = 0, ганц холбоотой O-ийн FC = 6 − 6 − 1 = −1. Аль ч хүчилтөрөгч давхар холбоог барьж болох тул хоёр эквивалент бүтэц байна.

Хоёр хувь нэмэр оруулагч эквивалент тул гибрид нь ганц ба давхар холбооны дунд хоёр ижил нүүрстөрөгч–хүчилтөрөгчийн холбоотой бөгөөд хүчилтөрөгч бүр дунджаар сөрөг цэнэгийн тал хувийг үүрнэ. Карбоксилатын ион дахь хэмжсэн холбооны урт энэ дүр зурагтай таарна. Хувь нэмэр оруулагчид цианат шиг эквивалент биш үед гибрид нь албан ёсны цэнэг бага бүтцүүдтэй хамгийн их төстэй.

Октетийн дүрэм нугарах үед: сондгой, дутуу ба өргөссөн тоо

Гурван төрлийн зүйл октетийн хэв маягт тохирдоггүй. Азотын монооксид NO шиг сондгой электронтой молекулууд 5 + 6 = 11 валентын электронтой тул атом бүрт октет өгч чадахгүй; нэг атом хосгүй электрон үүрэх ёстой. Ийм төрлийг радикал гэж нэрлэх бөгөөд тэд ихэвчлэн идэвхтэй.

Зарим молекул төв атом дээрээ дутуу октеттэй. Борын трифторид BF₃-д (24 электрон) гурван B–F ганц холбоотой бүтэц борыг 6 электронтой үлдээх боловч атом бүрд тэг албан ёсны цэнэг өгдөг. B=F давхар холбоо үүсгэх нь борын октетийг зөвхөн фторт +1, борт −1 албан ёсны цэнэг өгч гүйцээх тул ганц холбоотой бүтэц нь ердийн тодорхойлолт.

3-р үе ба түүнээс доошхи үеийн атомуудыг эргэн тойронд нь найманаас илүү электронтой зурж болно. PCl₅-д (40 электрон) таван холбоо фосфорт 10 электрон өгнө. Трииодидын ион I₃⁻-д (3 × 7 + 1 = 22 электрон) төв иод хоёр холбоо ба гурван дангар хос барьж, албан ёсны цэнэг нь 7 − 6 − 2 = −1. Үлдсэн электронуудыг төв атом дээр зөвхөн төгсгөлийн атом бүр октетээ авсны дараа байрлуул.

Льюисийн бүтцийн түгээмэл алдаа ба тэдгээрийг хэрхэн барих

Ихэнх алдаа тоолох алдаа тул хамгийн найдвартай дадал бол бүтэц бүрийг хоёр шалгалтаар дуусгах явдал: зураг дээрх электрон бүрийг (холбоо тутамд 2, дангар хос тутамд 2) бичсэн нийт тоотойгоо тулгаж тоол, мөн албан ёсны цэнэгүүдийг нэмж нийт цэнэгтэй тэнцэж байгааг баталгаажуул.

Хэрэв таны нийт тоо ангийн найз эсвэл хариултаас ионы цэнэгийн хоёр дахин зөрж байвал цэнэгийг буруу тэмдгээр хэрэглэсэн байх магадлалтай. Хэрэв зураг таны нийт тооноос өөр тооны электрон агуулж байвал хоёрын оронд нэг электрон гэж тоолсон холбоо, эсвэл хэзээ ч байрлуулаагүй үлдсэн электроныг хай. Доорх тусгай алдаанууд буруу бүтцийн ихэнхийг тайлбарлана.

• Катионд электрон нэмэх эсвэл анионоос хасах. Сөрөг цэнэг нь илүү электрон гэсэн үг.
• Холбоог нэг электрон гэж тоолох. Шугам бүр хуваалцсан хосыг илэрхийлдэг тул 2 электрон.
• Устөрөгчид хоёр холбоо өгөх эсвэл түүнийг төв атом болгох. Устөрөгч зөвхөн 2 электрон барьдаг.
• C, N, O эсвэл F дээр 8-аас илүү электрон байрлуулах. Өргөссөн тоо зөвхөн 3-р үе ба түүнээс доош боломжтой.
• Албан ёсны цэнэгийг атомын бодит цэнэг гэж үзэх, эсвэл холбоо үүсгэгч бүх электроныг илүү цахилгаан сөрөг атомд оноодог исэлдэлтийн тоотой андуурах.
• Атомуудыг зөөж резонансын бүтэц зурах. Атом зөөх нь резонансын хувь нэмэр оруулагч биш, өөр нэгдэл үүсгэнэ.