STRUCTURA LEWIS: CE ESTE, CUM SE FACE, EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Structura Lewis este toată acea reprezentare a legăturilor covalente în cadrul unei molecule sau a unui ion. În ea, aceste legături și electroni sunt reprezentați prin puncte sau liniuțe lungi, deși de cele mai multe ori punctele corespund electronilor ne-partajați și liniuțele la legături covalente.

Dar ce este o legătură covalentă? Este distribuirea unei perechi de electroni (sau puncte) între oricare doi atomi ai tabelului periodic. Cu aceste diagrame multe scheleturi pot fi trase pentru un compus dat. Care este corect va depinde de sarcinile formale și de natura chimică a atomilor înșiși.

Compus 2-bromopropan. De Ben Mills, de la Wikimedia Commons.

În imaginea de mai sus aveți un exemplu despre ce este o structură Lewis. În acest caz, compusul reprezentat este 2-bromopropan. Puteți vedea punctele negre corespunzătoare electronilor, atât cele care participă la legături, cât și cele care nu sunt partajate (singura pereche chiar deasupra lui Br).

Dacă perechile de puncte ":" au fost înlocuite cu o liniuță lungă "-", atunci scheletul de carbon al 2-bromopropanului ar fi reprezentat ca: C - C - C. De ce nu ar putea fi C - H - H - C în loc de „cadrul molecular” desenat? Răspunsul constă în caracteristicile electronice ale fiecărui atom.

Astfel, deoarece hidrogenul are un singur electron și un singur orbital disponibil pentru a fi completat, acesta formează o singură legătură covalentă. Prin urmare, nu poate forma niciodată două legături (nu trebuie confundat cu legăturile de hidrogen). Pe de altă parte, configurația electronică a atomului de carbon permite (și necesită) formarea a patru legături covalente.

Din acest motiv, structurile Lewis în care intervine C și H trebuie să fie coerente și să respecte ceea ce este guvernat de configurațiile lor electronice. În acest fel, dacă carbonul are mai mult de patru legături sau hidrogen mai mult de una, atunci schița poate fi aruncată și una nouă, în concordanță cu realitatea.

Aici apare unul dintre motivele sau avizele principale ale acestor structuri, introduse de Gilbert Newton Lewis în căutarea sa de reprezentări moleculare fidele datelor experimentale: structura moleculară și sarcinile formale.

Toți compușii existenți pot fi reprezentați prin structuri Lewis, oferind o primă aproximare la cum ar putea fi molecula sau ionii.

Care este structura Lewis?

Este o structură reprezentativă a electronilor de valență și a legăturilor covalente dintr-o moleculă sau ion care servește pentru a face o idee a structurii sale moleculare.

Totuși, această structură nu reușește să prezică unele detalii importante, cum ar fi geometria moleculară cu privire la un atom și mediul său (dacă este pătrat, plan trigonal, bipiramidal etc.).

De asemenea, nu spune nimic despre care este hibridarea chimică a atomilor săi, dar spune unde se află legăturile duble sau triple și dacă există o rezonanță în structură.

Cu aceste informații, se poate argumenta despre reactivitatea unui compus, stabilitatea acestuia, cum și ce mecanism va urma molecula atunci când reacționează.

Din acest motiv, structurile Lewis nu încetează niciodată să fie luate în considerare și sunt foarte utile, deoarece în ele se pot condensa noi învățări chimice.

Cum se face?

Pentru a desena sau schița o structură, o formulă sau o diagramă Lewis, formula chimică a compusului este esențială. Fără ea, nici măcar nu puteți ști care sunt atomii care o compun. Odată cu acesta, tabelul periodic este utilizat pentru a localiza grupurile din care fac parte.

De exemplu, dacă aveți compusul _C14 O ₂ N _3, ar trebui să căutați grupurile în care se află carbonul, oxigenul și azotul. Odată făcut acest lucru, indiferent de compus, numărul electronilor de valență rămâne același, deci mai devreme sau mai târziu sunt memorați.

Astfel, carbonul aparține grupei IVA, oxigenul la grupul VIA și azotul la VA. Numărul grupului este egal cu numărul electronilor de valență (puncte). Toți au în comun tendința de a completa octetul de coajă de valență.

Care este regula octetului?

Acest lucru spune că există tendința ca atomii să își completeze nivelul de energie cu opt electroni pentru a obține stabilitatea. Aceasta se aplică tuturor elementelor nemetalice sau celor care se găsesc în blocurile din tabelul periodic.

Cu toate acestea, nu toate elementele respectă regula octetului. Cazurile particulare sunt metalele de tranziție, ale căror structuri se bazează mai mult pe sarcinile formale și pe numărul lor de grup.

Număr de electroni în carcasa de valență a elementelor nemetalice, cele în care se poate acționa structura Lewis.

Aplicarea formulei matematice

Știind din ce grup aparțin și, prin urmare, numărul de electroni de valență disponibili pentru a forma legături, continuați cu următoarea formulă, care este utilă pentru desenarea structurilor Lewis:

C = N - D

Când C înseamnă electroni partajați, adică cei care participă la legături covalente. Deoarece fiecare legătură este alcătuită din doi electroni, atunci C / 2 este egal cu numărul de legături (sau liniuțe) care trebuie desenate.

N sunt electronii necesari, pe care atomul trebuie să-i aibă în carcasa de valență pentru a fi izoelectronic față de gazul nobil care îl urmează în aceeași perioadă. Pentru toate elementele în afară de H (deoarece necesită doi electroni pentru a se compara cu El), au nevoie de opt electroni.

D sunt electronii disponibili, care sunt determinați de grupul sau de numărul de electroni de valență. Astfel, din moment ce Cl aparține grupului VIIA, acesta trebuie înconjurat de șapte puncte negre sau electroni și rețineți că este necesară o pereche pentru a forma o legătură.

Având atomi, punctele lor și numărul de legături C / 2, o structură Lewis poate fi apoi improvizată. În plus, este necesar să existe o noțiune de alte „reguli”.

Unde să plasați cei mai puțini electroni negativi

Atomii cei mai puțini electronegativi din marea majoritate a structurilor ocupă centrele. Din acest motiv, dacă aveți un compus cu atomi de P, O și F, P trebuie așadar să fie situat în centrul structurii ipotetice.

De asemenea, este important de menționat că hidrogenii se leagă în mod normal la atomii cu înaltă electronegativitate. Dacă aveți Zn, H și O într-un compus, H va merge împreună cu O și nu cu Zn (Zn - O - H și nu H - Zn - O). Există excepții de la această regulă, dar apare în general cu atomi nemetalici.

Simetrie și sarcini formale

Natura are o mare preferință pentru crearea de structuri moleculare cât mai simetrice. Acest lucru ajută la evitarea creării de structuri dezordonate, cu atomii aranjați astfel încât să nu se supună niciunui model aparent.

De exemplu, pentru compusul C ₂ A ₃ , în care A este un atom fictiv, cea mai probabilă structură ar fi A - C - A - C - A. Notează simetria laturilor sale, ambele reflectări ale celuilalt.

Taxele formale joacă, de asemenea, un rol important atunci când întocmesc structuri Lewis, în special pentru ioni. Astfel, legăturile pot fi adăugate sau eliminate astfel încât încărcarea formală a unui atom să corespundă sarcinii totale expuse. Acest criteriu este foarte util pentru compușii metalelor de tranziție.

Limitări ale regulii octetului

Reprezentarea trifluorurii de aluminiu, un compus care este instabil. Ambele elemente sunt formate din șase electroni, care generează trei legături covalente, când ar trebui să fie opt pentru a obține stabilitatea. Sursa: Gabriel Bolívar

Nu toate regulile sunt respectate, ceea ce nu înseamnă neapărat că structura este greșită. Exemple tipice sunt observate în mulți compuși în care sunt implicate elemente de grup IIIA (B, Al, Ga, In, Tl). Trifluorura de aluminiu (AlF ₃ ) este considerată în mod specific aici .

Aplicând apoi formula descrisă mai sus, avem:

D = 1 × 3 (un atom de aluminiu) + 7 × 3 (trei atomi de fluor) = 24 electroni

Aici 3 și 7 sunt grupurile sau numărul respectiv de electroni de valență disponibili pentru aluminiu și fluor. Apoi, având în vedere electronii necesari N:

N = 8 × 1 (un atom de aluminiu) + 8 × 3 (trei atomi de fluor) = 32 electroni

Prin urmare, electronii partajați sunt:

C = N - D

C = 32 - 24 = 8 electroni

C / 2 = 4 legături

Deoarece aluminiul este cel mai puțin atom electronegativ, acesta trebuie să fie plasat în centru, iar fluorul formează o singură legătură. Având în vedere acest lucru, avem structura Lewis a AlF ₃ (imaginea superioară). Electronii partajați sunt evidențiați cu puncte verzi pentru a-i distinge de cei care nu sunt împărtășiți.

Deși calculele prevăd că trebuie să se formeze 4 legături, aluminiul îi lipsește suficienți electroni și nu există, de asemenea, al patrulea atom de fluor. Drept urmare, aluminiul nu respectă regula octetului și acest fapt nu se reflectă în calcule.

Exemple de structuri Lewis

Iod

Nemetalele de iod au șapte electroni fiecare, astfel încât, prin împărtășirea unuia dintre acești electroni, fiecare generează o legătură covalentă care oferă stabilitate. Sursa: Gabriel Bolívar

Iodul este halogen și, prin urmare, aparține grupului VIIA. Are astfel șapte electroni de valență și această simplă moleculă diatomică poate fi reprezentată improvizând sau aplicând formula:

D = 2 × 7 (doi atomi de iod) = 14 electroni

N = 2 × 8 = 16 electroni

C = 16 - 14 = 2 electroni

C / 2 = 1 legătură

Deoarece 14 electroni 2 participă la legătura covalentă (puncte verzi și liniuță), 12 rămân nepartajați; și deoarece sunt doi atomi de iod, 6 trebuie împărțiți pentru unul dintre ei (electronii săi de valență). Doar această structură este posibilă în această moleculă, a cărei geometrie este liniară.

Amoniac

Azotul are 5 electroni, în timp ce doar hidrogen 1. Destul pentru a obține stabilitate prin stabilirea a trei legături covalente, compuse dintr-un electron din N și altul din H Sursa: Gabriel Bolívar

Care este structura Lewis pentru molecula de amoniac? Deoarece azotul este din grupa VA, acesta are cinci electroni de valență, și apoi:

D = 1 × 5 (un atom de azot) + 1 × 3 (trei atomi de hidrogen) = 8 electroni

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 electroni

C = 14 - 8 = 6 electroni

C / 2 = 3 legături

De data aceasta formula este corectă cu numărul de legături (trei legături verzi). Deoarece 6 din cei 8 electroni disponibili participă la legături, rămâne o pereche neschimbată care este situată deasupra atomului de azot.

Această structură spune tot ce trebuie cunoscut despre baza de amoniac. Aplicând cunoștințele despre TEV și TRPEV, se deduce că geometria este deformată tetraedric de perechea fără azot și că, prin urmare, hibridizarea este sp ³ .

C

Sursa: Gabriel Bolívar

Formula corespunde unui compus organic. Înainte de a aplica formula, trebuie amintit că hidrogenii formează o legătură unică, oxigenul doi, carbonul patru și că structura trebuie să fie cât mai simetrică posibil. Procedând ca în exemplele anterioare, avem:

D = 6 × 1 (șase atomi de hidrogen) + 6 × 1 (un atom de oxigen) + 4 × 2 (doi atomi de carbon) = 20 electroni

N = 6 × 2 (șase atomi de hidrogen) + 8 × 1 (un atom de oxigen) + 8 × 2 (doi atomi de carbon) = 36 electroni

C = 36 - 20 = 16 electroni

C / 2 = 8 legături

Numărul de linii verzi corespunde celor 8 legături calculate. Structura propusă Lewis este aceea de etanol CH ₃ CH ₂ OH. Cu toate acestea, ar fi , de asemenea , a fost corect să propună structura dimetileter CH ₃ OCH ₃ , care este chiar mai simetrice.

Care dintre cele două este „mai” corect? Ambele sunt în egală măsură, deoarece structurile au apărut ca izomeri structurali cu aceeași formulă moleculară C ₂ H ₆ O.

Ion de permanganat

Sursa: Gabriel Bolívar

Situația este complicată atunci când se dorește realizarea structurilor Lewis pentru compuși metalici de tranziție. Manganul aparține grupei VIIB, de asemenea, electronul încărcării negative trebuie adăugat printre electronii disponibili. Aplicând formula avem:

D = 7 × 1 (un atom de mangan) + 6 × 4 (patru atomi de oxigen) + 1 electroni de încărcare = 32 electroni

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 electroni

C = 40 - 32 = 8 electroni partajați

C / 2 = 4 legături

Cu toate acestea, metalele de tranziție pot avea mai mult de opt electroni de valență. In plus, pentru MnO ₄ ^- ionul să prezinte sarcina negativă, este necesară pentru a reduce sarcinile formale ale atomilor de oxigen. Cum? Prin legăturile duble.

Dacă toate legăturile MnO ₄ ^- ar fi simple, taxele formale ale oxigenilor ar fi egale cu -1. Din moment ce există patru, taxa rezultată ar fi -4 pentru anion, ceea ce este evident că nu este adevărat. Când se formează legăturile duble, se garantează că un singur oxigen are o încărcare formală negativă, reflectată în ion.

În ionul de permanganat se poate observa că există rezonanță. Aceasta implică faptul că singura legătură Mn - O este delocalizată între cei patru atomi de O.

Ion de dicromat

Sursa: Gabriel Bolívar

În cele din urmă, un caz similar are loc cu ionul de dicromat (Cr ₂ O ₇ ). Cromul aparține grupului VIB, deci are șase electroni de valență. Aplicând din nou formula:

D = 6 × 2 (doi atomi de crom) + 6 × 7 (șapte atomi de oxigen) + 2 electroni de sarcină divalentă = 56 electroni

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 electroni

C = 72 - 56 = 16 electroni partajați

C / 2 = 8 legături

Dar nu există 8 legături, ci 12. Din aceleași motive găsite, în ionul de permanganat trebuie să se lase doi oxigeni cu sarcini formale negative care se ridică la -2, sarcina ionului dicromat.

Astfel, se adaugă atâtea legături duble cât este necesar. În acest fel ajungem la structura Lewis a imaginii pentru Cr ₂ O ₇ ^2– .

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Learning, p. 251.
2. Lewis Structuri. Luat de la: chemed.chem.purdue.edu
3. Steven A. Hardinger, Departamentul de Chimie și Biochimie, UCLA. (2017). Structura lui Lewis. Luat de la: chem.ucla.edu
4. Wayne Breslyn. (2012). Desenarea structurilor Lewis. Luat de la: terpconnect.umd.edu
5. Webmaster. (2012). Lewis („punct electron”) Structuri. Departamentul de Chimie, Universitatea din Maine, Orono. Luat de la: chimie.umeche.maine.edu
6. Lancaster, Sean. (25 aprilie 2017). Cum să determinați câte puncte sunt pe structura unui punct Lewis. Sciencing. Recuperat de la: știința.com