context
premisa din spatele structurilor Lewis este regula octetului: că toți atomii ar dori să fie înconjurați cu un octet de electroni. Desigur, există câteva excepții: atomii foarte mici (H, Be și B) au mai puțin de un octet, iar unii atomi de grup principal cu orbitali D cu energie redusă (P, s, Cl, Br și I) pot avea mai mult de un octet. Acest lucru este valabil mai ales atunci când acești atomi sunt atomi centrali și combinați cu atomi foarte electronegativi.
desenarea structurilor Lewis corecte necesită practică, dar procesul poate fi simplificat urmând o serie de pași:
Pasul 1. Numărați toți electronii de valență pentru fiecare atom. Adăugați sau scădeți electroni dacă structura este un anion sau, respectiv, un cation.
Pasul 2. Determinați ce atomi sunt legați unul de celălalt. Desenați o structură scheletică.
Pasul 3. Conectați atomii cu o pereche de electroni în fiecare legătură. Scădeți electronii de legătură din electronii de valență totală.
Pasul 4. Adăugați perechi de electroni pentru a completa octeți pentru toți atomii periferici atașați la atomul central. Feriți – vă de hidrogen-hidrogenul nu are niciodată mai mult de o legătură sau o pereche de electroni
Pasul 5. Plasați electronii rămași pe atomul central, de obicei în perechi. Regula octetului poate fi depășită pentru P, s, Cl, Br sau I.
Pasul 6. Dacă atomul central nu are un octet, formați legături duble sau triple prin mutarea perechilor de electroni de la unul sau mai mulți atomi periferici pentru a obține un octet.
Pasul 7. Căutați structuri de rezonanță prin rearanjarea legăturilor. Structura cu cele mai mici taxe formale totale va fi cea mai probabilă formă care se găsește în natură. (A se vedea mai jos pentru explicații)
desenarea structurilor Lewis
să ne uităm la un exemplu despre cum funcționează aceasta folosind o moleculă reală. Luați în considerare molecula cea mai responsabilă pentru efectul de seră, dioxidul de carbon (CO2).
pentru a desena structura Lewis:
Pasul 1. Numărați toți electronii de valență pentru fiecare atom:
Carbon 1 x 4 electroni de valență = 4 electroni
oxigen 2 x 6 electroni de valență = 12 electroni
Total = 16 electroni
Pasul 2. Determinați ce atomi sunt legați unul de celălalt. În general, cel mai puțin electronegativ atom este atomul central. Cu toate acestea, dacă singura alegere este între un atom mai electronegativ și hidrogen, atomul mai electronegativ va fi atomul central (de exemplu, apa). Hidrogenul nu face niciodată mai mult de o legătură și, prin urmare, nu poate fi niciodată atomul central.
pentru CO2, carbonul este atomul mai puțin electronegativ, deci ar trebui să fie atomul central.
Pasul 3. Conectați fiecare atom cu o singură pereche de electroni sau o singură legătură: (16 electroni de valență – 4 electroni de legătură = 12 electroni rămași.)
Pasul 4. Adăugați perechi de electroni la atomii periferici pentru octeți:
Pasul 5. Nu au rămas electroni, dar atomul central nu are un octet!
Pasul 6. Mutați electronii din atomii periferici, formând legături duble pentru a da atomului central un octet:
Pasul 7. Căutați structuri de rezonanță și identificați-l pe cel cu cele mai mici sarcini formale:
pentru unele molecule, pot fi desenate mai multe structuri. Rețineți că o structură Lewis pentru dioxidul de carbon poate fi scrisă folosind o singură legătură carbon-oxigen pe o parte și o legătură triplă carbon-oxigen pe cealaltă. Cum se pot distinge aceste două posibilități? Cum poate fi aleasă cea mai importantă structură sau sunt toate la fel de probabile? Când pot fi desenate mai multe structuri, ele se numesc structuri de rezonanță.
structuri de rezonanță
în structurile de rezonanță, toți atomii sunt în aceeași poziție relativă unul față de celălalt, dar distribuția electronilor în jurul lor este diferită. Pentru a evalua importanța fiecărei structuri, trebuie determinată sarcina formală pe fiecare atom.
sarcina formală
sarcina formală este un mod oarecum arbitrar de a descrie câți electroni pare să aibă un atom într-un anumit compus. Se presupune că perechile de electroni în legături între atomi sunt împărțite în mod egal între cei doi atomi. Perechile de electroni care nu se leagă sunt considerate ca aparținând atomului pe care locuiesc. Acest lucru poate fi pus într-o ecuație:
sau
cea mai stabilă structură de rezonanță este cea în care:
1. Există un număr minim de taxe oficiale;
2. Dacă există taxe formale, cum ar fi taxele sunt separate; și
3. Sarcinile formale negative sunt pe atomii mai electronegativi și sarcinile formale pozitive sunt pe atomii mai puțin electronegativi.
pentru structura CO2 cu două legături duble, taxele formale pot fi calculate după cum urmează:
Oxygens: taxa formală= 6 – (4 + 1/2(4)) = 0
Carbon: taxă formală= 4 – ( 0+ 1/2(8)) = 0
pentru structura CO2 cu o legătură unică și triplă:
oxigen (unic): Încărcare formală= 6 – (6 + 1/2(2)) = -1
oxigen (triplu): taxă formală= 6 – (4 + 1/2(6)) = +1
Carbon: taxă formală= 4 – ( 0+ 1/2(8)) = 0
deci, în timp ce ambele structuri funcționează ca structuri Lewis, cea care are ca rezultat SARCINI formale zero pentru oricare dintre atomi este mai stabilă și, prin urmare, este mai probabil să existe în natură decât cea care are sarcini pe cei doi atomi de oxigen.
numere de oxidare
sarcinile formale trebuie diferențiate de numerele de oxidare (care pot fi determinate și din structurile Lewis). Numerele de oxidare sunt utilizate pentru a indica dacă o moleculă este neutră, bogată în electroni sau săracă în electroni. Regulile pentru determinarea numerelor de oxidare se găsesc în manualul dvs. Un scurt rezumat al acestor reguli este prezentat aici:
1. Numărul de oxidare pentru un element în forma sa elementară este 0 (valabil pentru atomii izolați și pentru elementele moleculare, de ex.Cl2 și P4.,)
2. Numărul de oxidare al unui ion monatomic este același cu sarcina sa (de exemplu, numărul de oxidare al Na+ = +1, iar cel al S2 – este -2.)
3. În compușii binari elementului cu electronegativitate mai mare i se atribuie un număr de oxidare negativ egal cu sarcina sa dacă se găsește în compuși ionici simpli (de exemplu, în compusul PCl3 clorul este mai electronegativ decât fosforul. În compușii ionici simpli, Cl are o sarcină Ionică de 1 -, deci starea sa de oxidare în PCl3 este -1)
4. Suma numerelor de oxidare este zero pentru un compus neutru din punct de vedere electric și este egală cu sarcina totală pentru o specie Ionică.
5. Metalele alcaline prezintă doar o stare de oxidare de +1 în compuși.
6. Metalele alcalino-pământoase prezintă doar o stare de oxidare de + 2 în compuși.
odată ce structurile Lewis sunt desenate cu succes, ele pot fi folosite pentru a prezice geometria norului de electroni, forma moleculară și polaritatea moleculelor și ionilor. Pentru o discuție aprofundată, consultați manualul dvs. În special, uitați-vă la reprezentările 3-dimensionale pentru toate geometriile și formele.
geometria norului de electroni și geometria moleculară
geometria norului de electroni din jurul unui atom central este determinată de numărul de grupuri de electroni care îl înconjoară. Fiecare set (2, 3, 4, 5 și 6) are un nume și un aranjament diferit în spațiul tridimensional. Norii de electroni, toți fiind negativi, sunt cei mai stabili atunci când sunt separați cât mai departe unul de celălalt. Aceasta se numește teoria repulsiei perechii de electroni a cochiliei de valență (VSEPR). În timp ce geometria norului de electroni descrie orientarea electronilor în jurul atomului central, geometria moleculară descrie aranjamentul atomilor periferici.
experimentul
în laborator vi se vor prezenta șase modele moleculare ca necunoscute. Va fi treaba ta să le numești. De asemenea, vi se va cere să determinați perechea de electroni și geometriile moleculare prin măsurarea unghiurilor de legătură folosind un raportor. Este furnizată o foaie de lucru care conține alte întrebări care ar trebui completate pentru fiecare dintre molecule. Ar trebui să faceți cinci copii suplimentare ale foii de lucru pentru a le utiliza în timpul orei. Aceste foi de lucru vor fi apoi utilizate ca secțiune de date a raportului de laborator.