Miundo ya Lewis na Chaji Rasmi: Mbinu Unayoweza Kukagua

Kuhesabu elektroni za valensi kwa molekuli na ioni za poliatomu

Kila muundo wa Lewis huanza na namba moja: jumla ya elektroni za valensi zilizopo za kuweka. Kwa elementi za kundi kuu, idadi ya elektroni za valensi ni sawa na tarakimu ya mwisho ya namba ya kundi katika upangaji wa 1–18, kwa hivyo kaboni inatoa 4, naitrojeni 5, oksijeni 6, na kila halojeni 7. Hidrojeni inatoa 1, na heliamu, yenye 2, ndiyo kighairi pekee cha kanuni ya namba ya kundi.

Chaji ya ioni hubadilisha jumla. Chaji hasi inamaanisha elektroni za ziada, kwa hivyo unaongeza elektroni moja kwa kila kizio cha chaji hasi. Chaji chanya inamaanisha elektroni zinazokosekana, kwa hivyo unatoa. Ioni ya amonia, NH₄⁺, ina 5 + 4(1) − 1 = elektroni 8 za valensi, wakati ioni ya kabonati, CO₃²⁻, ina 4 + 3(6) + 2 = 24.

Andika jumla hii kabla ya kuchora chochote; ni namba utakayokagua muundo uliomalizika dhidi yake.

Kujenga mifupa na kuweka jozi za elektroni

Mifupa ni mtindo wa atomi ipi inaunganishwa na ipi. Hidrojeni na florini karibu daima huunda kifungo kimoja tu, kwa hivyo ni atomi za mwisho. Atomi ya kati kwa kawaida ni atomi yenye elektronegativiti ndogo zaidi isipokuwa hidrojeni, ambayo mara nyingi ni atomi inayoonekana mara moja katika fomula. Katika oksiasidi, atomi za hidrojeni kwa kawaida huunganishwa na oksijeni, si na atomi ya kati.

Mifupa ikishawekwa, hatua zilizobaki zinasambaza elektroni ili kila atomi ifikie idadi thabiti. Atomi za kipindi cha 2 (C, N, O, F) zinaweza kushika elektroni nane tu kuzizunguka kwa sababu zina obiti nne tu za valensi, ndiyo maana kanuni ya oktati ni kikomo thabiti kwao.

• Unganisha kila atomi ya mwisho na atomi ya kati kwa kifungo kimoja (elektroni 2 kila moja).
• Kamilisha oktati za atomi za mwisho kwa jozi pweke (hidrojeni inahitaji 2 tu).
• Weka elektroni zozote zilizobaki kwenye atomi ya kati kama jozi pweke.
• Kama atomi ya kati bado ina chini ya elektroni 8, geuza jozi pweke kwenye atomi jirani kuwa jozi ya pamoja ili kuunda kifungo maradufu au mara tatu.
• Kagua: elektroni zilizochorwa ni sawa na jumla iliyohesabiwa, na kila atomi ya kipindi cha 2 haina zaidi ya 8.

Chaji rasmi kama jaribio kati ya miundo mbadala

Chaji rasmi inauliza atomi inamiliki elektroni ngapi katika mchoro ikilinganishwa na atomi huru isiyo na chaji, kama kila jozi ya kifungo ingegawanywa sawa. Fomula ni FC = V − N − B/2, ambapo V ni idadi ya elektroni za valensi za atomi, N ni idadi ya elektroni zisizounganisha (za jozi pweke) juu yake, na B ni idadi ya elektroni katika vifungo vyake. Chaji rasmi katika muundo daima hujumlishwa kuwa chaji ya jumla ya spishi, jambo linalokupa ukaguzi wa hesabu uliojengwa ndani.

Miundo kadhaa inapofuata hesabu ya elektroni, pendelea ule ambao chaji rasmi ziko karibu na sifuri iwezekanavyo. Kama chaji rasmi fulani lazima ibaki, muundo bora huweka chaji rasmi hasi kwenye atomi yenye elektronegativiti kubwa zaidi na huepuka kuweka chaji za ishara ile ile kwa majirani walioungana.

Chaji rasmi ni uwekaji hesabu, si chaji iliyopimwa. Kwa sababu inapuuza elektronegativiti, atomi yenye chaji rasmi sifuri bado inaweza kubeba chaji sehemu kubwa katika molekuli halisi.

Mfano uliotatuliwa: fosjini na ioni ya sianati

Fosjini, COCl₂. Hesabu: C inatoa 4, O inatoa 6, na kila Cl inatoa 7, kwa hivyo jumla ni 4 + 6 + 2(7) = elektroni 24. Kaboni ni atomi ya kati. Vifungo vitatu vya pekee kutoka C hadi O na kila Cl vinatumia elektroni 6. Kukamilisha oktati za O na atomi zote mbili za Cl kunatumia 3 × 6 = 18 zaidi, jumla 24, kwa hivyo hakuna elektroni zinazobaki kwa kaboni. Kaboni ina elektroni 6 tu kuizunguka, kwa hivyo geuza jozi moja pweke kuwa kifungo cha pili. Kuhamisha jozi pweke ya O kunatoa C=O; kuhamisha jozi pweke ya Cl kunatoa C=Cl.

Chaji rasmi huamua kati yake. Kwa C=O, oksijeni ina elektroni 4 zisizounganisha na elektroni 4 za kuunganisha: FC = 6 − 4 − 4/2 = 0. Kila Cl ina 6 zisizounganisha na 2 za kuunganisha: FC = 7 − 6 − 1 = 0. Kaboni ina elektroni 8 za kuunganisha: FC = 4 − 0 − 4 = 0. Kwa C=Cl badala yake, Cl hiyo inakuwa 7 − 4 − 2 = +1 na O yenye kifungo kimoja inakuwa 6 − 6 − 1 = −1. Muundo wa sifuri zote wenye kifungo maradufu cha C=O unapendelewa.

Ioni ya sianati, OCN⁻. Hesabu: 6 + 4 + 5 + 1 = elektroni 16, na kaboni ikiwa ya kati. Mipangilio mitatu inaipa kaboni oktati: O=C=N, O≡C–N, na O–C≡N, kila moja ikiwa na jozi pweke zinazokamilisha oktati kwenye O na N. Kwa O=C=N, O = 6 − 4 − 2 = 0 na N = 5 − 4 − 2 = −1. Kwa O≡C–N, O = 6 − 2 − 3 = +1 na N = 5 − 6 − 1 = −2. Kwa O–C≡N, O = 6 − 6 − 1 = −1 na N = 5 − 2 − 3 = 0. Kaboni ni 0 katika zote tatu, na kila seti hujumlisha −1 kama inavyopaswa.

Umbo la O≡C–N lina chaji kubwa zaidi na linaweka chaji chanya kwenye oksijeni, atomi yenye elektronegativiti kubwa zaidi, kwa hivyo linachangia kidogo zaidi. Umbo la O–C≡N linaweka chaji hasi kwenye oksijeni na ndilo mchangiaji muhimu zaidi, huku O=C=N likiwa karibu nyuma. Ioni halisi ni mchanganyiko wa miundo hii, kama sehemu inayofuata inavyoeleza.

Mwangwi wakati mchoro mmoja hauwezi kueleza vifungo

Spishi zingine zina miundo miwili au zaidi halali ya Lewis inayotofautiana tu mahali elektroni zilipowekwa, huku kila atomi ikiwa katika nafasi ile ile. Hizi ni miundo ya mwangwi, inayoandikwa kwa mshale wenye vichwa viwili (↔) kati yake. Molekuli halisi ni muundo mmoja, mseto wa mwangwi, ambao vifungo vyake ni wastani wa wachangiaji. Haibadiliki kwenda na kurudi kati yao.

Ioni ya fomati, HCOO⁻, ni mfano safi. Hesabu: 1 + 4 + 2(6) + 1 = elektroni 18. H na atomi zote mbili za O zikiunganishwa na C na oktati za oksijeni zikikamilishwa, elektroni 18 zinatumika na kaboni ina 6 tu, kwa hivyo jozi pweke moja ya oksijeni inakuwa kifungo cha C=O. O yenye kifungo maradufu ina FC = 6 − 4 − 2 = 0 na O yenye kifungo kimoja ina FC = 6 − 6 − 1 = −1. Oksijeni yoyote inaweza kushika kifungo maradufu, kwa hivyo kuna miundo miwili sawa.

Kwa sababu wachangiaji wawili ni sawa, mseto una vifungo viwili vinavyofanana vya kaboni–oksijeni, kila kimoja kati ya kifungo kimoja na maradufu, na kila oksijeni hubeba nusu ya chaji hasi kwa wastani. Urefu wa vifungo uliopimwa katika ioni za kabosilati unakubaliana na picha hii. Wachangiaji wasipokuwa sawa, kama katika sianati, mseto unafanana zaidi na miundo yenye chaji rasmi ya chini.

Wakati kanuni ya oktati inapopinda: hesabu zisizo shufwa, pungufu na zilizopanuliwa

Aina tatu za spishi hazifai mtindo wa oktati. Molekuli zenye elektroni witiri, kama monoksidi ya naitrojeni, NO, yenye 5 + 6 = elektroni 11 za valensi, haziwezi kutoa kila atomi oktati; atomi moja lazima ibebe elektroni isiyooanishwa. Spishi za aina hii huitwa radikali na kwa kawaida huitikia kwa urahisi.

Baadhi ya molekuli zina oktati pungufu kwenye atomi ya kati. Katika trifluoridi ya boroni, BF₃ (elektroni 24), muundo wenye vifungo vitatu vya pekee vya B–F unaiacha boroni na elektroni 6 lakini unaipa kila atomi chaji rasmi sifuri. Kuunda kifungo maradufu cha B=F kungekamilisha oktati ya boroni kwa kuipa florini chaji rasmi ya +1 na boroni −1, kwa hivyo muundo wenye vifungo vya pekee ndio maelezo ya kawaida.

Atomi za kipindi cha 3 na chini zinaweza kuchorwa na zaidi ya elektroni nane kuzizunguka. Katika PCl₅ (elektroni 40), vifungo vitano vinaipa fosforasi elektroni 10. Katika ioni ya triiodidi, I₃⁻ (3 × 7 + 1 = elektroni 22), iodini ya kati inashika vifungo viwili na jozi pweke tatu, na chaji yake rasmi ni 7 − 6 − 2 = −1. Weka elektroni zilizobaki kwenye atomi ya kati baada tu ya kila atomi ya mwisho kupata oktati yake.

Makosa ya kawaida ya muundo wa Lewis na jinsi ya kuyagundua

Makosa mengi ni makosa ya kuhesabu, kwa hivyo zoea la kutegemewa zaidi ni kumaliza kila muundo kwa ukaguzi mbili: hesabu kila elektroni kwenye mchoro (2 kwa kila kifungo, 2 kwa kila jozi pweke) dhidi ya jumla uliyoandika, na jumlisha chaji rasmi kuthibitisha kwamba ni sawa na chaji ya jumla.

Kama jumla yako inatofautiana na ya mwanafunzi mwenzako au ya jibu kwa mara mbili ya chaji ya ioni, chaji pengine ilitumika kwa ishara isiyo sahihi. Kama mchoro una idadi tofauti ya elektroni na jumla yako, tafuta vifungo vilivyohesabiwa kama elektroni moja badala ya mbili, au elektroni zilizobaki ambazo hazikuwekwa kamwe. Makosa mahususi yaliyo hapa chini yanahusika na miundo mingi isiyo sahihi.

• Kuongeza elektroni kwa kationi au kuzitoa kwa anioni. Chaji hasi inamaanisha elektroni zaidi.
• Kuhesabu kifungo kama elektroni moja. Kila mstari unawakilisha jozi ya pamoja, kwa hivyo ni elektroni 2.
• Kuipa hidrojeni vifungo viwili au kuifanya atomi ya kati. Hidrojeni inashika elektroni 2 tu.
• Kuweka zaidi ya elektroni 8 kwenye C, N, O au F. Hesabu zilizopanuliwa zinawezekana tu kwa kipindi cha 3 na chini.
• Kuchukulia chaji rasmi kama chaji halisi kwenye atomi, au kuichanganya na namba ya oksidishaji, ambayo huipa atomi yenye elektronegativiti kubwa zaidi elektroni zote za kuunganisha.
• Kuchora miundo ya mwangwi kwa kuhamisha atomi. Kuhamisha atomi kunaunda mchanganyiko tofauti, si mchangiaji wa mwangwi.