STRUKTUR LEWIS: APA ITU, BAGAIMANA MEMBUATNYA, CONTOH - KIMIA - 2026

The struktur Lewis adalah semua yang perwakilan ikatan kovalen dalam molekul atau ion. Di dalamnya, ikatan dan elektron ini diwakili oleh titik atau tanda sempang panjang, walaupun pada kebanyakan masa titik sesuai dengan elektron yang tidak dibahagi dan tanda putus ke ikatan kovalen.

Tetapi apakah ikatan kovalen? Ini adalah perkongsian sepasang elektron (atau titik) antara dua atom jadual berkala. Dengan gambarajah ini, banyak kerangka dapat dilukis untuk sebatian tertentu. Mana yang betul akan bergantung kepada cas formal dan sifat kimia atom itu sendiri.

Sebatian 2-bromopropana. Oleh Ben Mills, dari Wikimedia Commons.

Dalam gambar di atas, anda mempunyai contoh struktur Lewis. Dalam kes ini, sebatian yang diwakili adalah 2-bromopropana. Anda dapat melihat titik-titik hitam yang sesuai dengan elektron, kedua-dua yang menyertai ikatan dan yang tidak dikongsi (satu-satunya pasangan tepat di atas Br).

Sekiranya pasangan titik ":" digantikan dengan tanda hubung panjang "-", maka rangka karbon 2-bromopropana akan ditunjukkan sebagai: C - C - C. Mengapa C - H - H - C bukan "kerangka molekul" yang digambar? Jawapannya terletak pada ciri elektronik setiap atom.

Oleh itu, kerana hidrogen mempunyai elektron tunggal dan orbit tunggal yang tersedia untuk diisi, ia hanya membentuk satu ikatan kovalen. Oleh itu, ia tidak boleh membentuk dua ikatan (tidak boleh dikelirukan dengan ikatan hidrogen). Sebaliknya, konfigurasi elektronik atom karbon memungkinkan (dan memerlukan) pembentukan empat ikatan kovalen.

Atas sebab ini, struktur Lewis di mana C dan H campur tangan mesti koheren dan menghormati apa yang diatur oleh konfigurasi elektronik mereka. Dengan cara ini, jika karbon mempunyai lebih daripada empat ikatan, atau hidrogen lebih dari satu, maka lakaran dapat dibuang dan yang baru sesuai dengan realiti dapat dimulakan.

Di sinilah salah satu motif utama atau sokongan struktur ini muncul, yang diperkenalkan oleh Gilbert Newton Lewis dalam pencariannya untuk representasi molekul yang setia pada data eksperimen: struktur molekul dan cas formal.

Semua sebatian yang ada dapat diwakili oleh struktur Lewis, memberikan perkiraan pertama untuk molekul atau ion itu.

Apakah struktur Lewis?

Ini adalah struktur yang mewakili elektron valensi dan ikatan kovalen dalam molekul atau ion yang berfungsi untuk mendapatkan idea mengenai struktur molekulnya.

Walau bagaimanapun, struktur ini gagal meramalkan beberapa butiran penting seperti geometri molekul mengenai atom dan persekitarannya (jika ia berbentuk segi empat sama, satah trigonal, bipyramidal, dll.).

Begitu juga, ia tidak mengatakan apa-apa tentang hibridisasi kimia atomnya, tetapi ia mengatakan di mana ikatan rangkap atau tiga berada dan jika terdapat resonans dalam struktur.

Dengan maklumat ini, seseorang dapat berdebat mengenai kereaktifan sebatian, kestabilannya, bagaimana dan mekanisme apa yang akan diikuti oleh molekul ketika ia bertindak balas.

Atas sebab ini, struktur Lewis tidak lagi dapat dipertimbangkan dan sangat berguna, kerana pembelajaran kimia baru dapat diringkas di dalamnya.

Bagaimana ia dilakukan?

Untuk melukis atau melakarkan struktur, formula atau gambarajah Lewis, formula kimia sebatian itu penting. Tanpa itu, anda juga tidak dapat mengetahui atom mana yang membentuknya. Sekali dengannya, jadual berkala digunakan untuk mencari kumpulan mana mereka berada.

Sebagai contoh, jika anda mempunyai sebatian C ₁₄ O ₂ N ₃ maka anda perlu mencari kumpulan di mana karbon, oksigen dan nitrogen berada. Setelah ini dilakukan, tidak kira apa sebatiannya, bilangan elektron valens tetap sama, cepat atau lambat ia dihafal.

Oleh itu, karbon tergolong dalam kumpulan IVA, oksigen ke kumpulan VIA dan nitrogen ke VA. Nombor kumpulan sama dengan bilangan elektron valensi (titik). Mereka semua mempunyai kecenderungan untuk mengisi octet shell valence.

Apakah peraturan oktet?

Ini mengatakan bahawa terdapat kecenderungan atom untuk menyelesaikan tahap tenaga mereka dengan lapan elektron untuk mencapai kestabilan. Ini berlaku untuk semua unsur bukan logam atau yang terdapat di blok sop jadual berkala.

Namun, tidak semua elemen mematuhi peraturan oktet. Kes-kes tertentu adalah logam peralihan, yang strukturnya lebih didasarkan pada caj formal dan bilangan kumpulannya.

Bilangan elektron dalam shell valensi unsur bukan logam, yang mana struktur Lewis dapat dikendalikan.

Mengaplikasikan formula matematik

Mengetahui kumpulan mana unsur-unsur tersebut, dan oleh itu bilangan elektron valensi yang ada untuk membentuk ikatan, kami meneruskan formula berikut, yang berguna untuk melukis struktur Lewis:

C = N - D

Di mana C bermaksud elektron bersama, iaitu, yang mengambil bahagian dalam ikatan kovalen. Oleh kerana setiap ikatan terdiri daripada dua elektron, maka C / 2 sama dengan bilangan ikatan (atau tanda sempang) yang mesti dilukis.

N adalah elektron yang diperlukan, yang mesti dimiliki atom dalam cengkerang valensinya menjadi isoelektronik kepada gas mulia yang mengikutinya dalam tempoh yang sama. Untuk semua unsur selain H (kerana memerlukan dua elektron untuk dibandingkan dengan Dia) mereka memerlukan lapan elektron.

D adalah elektron yang ada, yang ditentukan oleh kumpulan atau bilangan elektron valens. Oleh itu, kerana Cl tergolong dalam kumpulan VIIA, ia mesti dikelilingi oleh tujuh titik hitam atau elektron, dan ingat bahawa pasangan diperlukan untuk membentuk ikatan.

Dengan atom, titik mereka, dan bilangan ikatan C / 2, struktur Lewis kemudian dapat diimprovisasi. Tetapi di samping itu, perlu ada pengertian mengenai "peraturan" lain.

Di mana meletakkan atom elektronegatif paling sedikit

Atom elektronegatif paling sedikit dalam sebilangan besar struktur menduduki pusat-pusat. Atas sebab ini, jika anda mempunyai sebatian dengan atom P, O dan F, maka P mesti berada di tengah struktur hipotetikal.

Juga, penting untuk diperhatikan bahawa hidrogen biasanya mengikat atom yang sangat elektronegatif. Sekiranya anda mempunyai Zn, H dan O dalam sebatian, H akan bersama-sama dengan O dan bukan dengan Zn (Zn - O - H dan bukan H - Zn - O). Terdapat pengecualian untuk peraturan ini, tetapi biasanya berlaku dengan atom bukan logam.

Beban simetri dan formal

Alam mempunyai keutamaan yang tinggi untuk membuat struktur molekul yang setara mungkin. Ini membantu mengelakkan pembentukan struktur yang tidak kemas, dengan atom yang disusun sedemikian rupa sehingga tidak mematuhi corak yang jelas.

Sebagai contoh, untuk sebatian C ₂ A ₃ , di mana A adalah atom rekaan, struktur yang paling mungkin adalah A - C - A - C - A. Perhatikan simetri sisi-sisinya, kedua-dua pantulan yang lain.

Caj formal juga memainkan peranan penting ketika melukis struktur Lewis, terutama untuk ion. Oleh itu, ikatan dapat ditambah atau dikeluarkan sehingga cas formal atom sepadan dengan jumlah cas yang ditunjukkan. Kriteria ini sangat berguna untuk sebatian logam peralihan.

Batasan pada peraturan oktet

Perwakilan trifluorida aluminium, sebatian yang tidak stabil. Kedua-dua elemen terdiri daripada enam elektron, yang menghasilkan tiga ikatan kovalen, ketika mereka harus lapan untuk mencapai kestabilan. Sumber: Gabriel Bolívar

Tidak semua peraturan dipatuhi, yang tidak bermaksud strukturnya salah. Contoh khas ini diperhatikan di banyak sebatian di mana unsur kumpulan IIIA (B, Al, Ga, In, Tl) terlibat. Trifluorida aluminium (AlF ₃ ) dipertimbangkan secara khusus di sini .

Dengan menggunakan formula yang dinyatakan di atas, kami mempunyai:

D = 1 × 3 (satu atom aluminium) + 7 × 3 (tiga atom fluorin) = 24 elektron

Di sini 3 dan 7 adalah kumpulan atau bilangan elektron valensi masing-masing yang tersedia untuk aluminium dan fluorin. Kemudian, dengan mempertimbangkan elektron N yang diperlukan:

N = 8 × 1 (satu atom aluminium) + 8 × 3 (tiga atom fluorin) = 32 elektron

Oleh itu, elektron bersama adalah:

C = N - D

C = 32 - 24 = 8 elektron

C / 2 = 4 pautan

Oleh kerana aluminium adalah atom elektronegatif paling sedikit, ia mesti diletakkan di tengah, dan fluorin hanya membentuk satu ikatan. Mengingat ini, kita mempunyai struktur Lewis AlF ₃ (gambar atas). Elektron bersama diserlahkan dengan titik hijau untuk membezakannya daripada yang tidak dikongsi.

Walaupun pengiraan meramalkan bahawa 4 ikatan mesti dibentuk, aluminium kekurangan elektron yang mencukupi dan tidak ada atom fluor keempat. Akibatnya, aluminium tidak mematuhi peraturan oktet dan fakta ini tidak ditunjukkan dalam pengiraan.

Contoh struktur Lewis

Iodin

Bukan logam iodin masing-masing mempunyai tujuh elektron, jadi dengan berkongsi satu daripada masing-masing elektron, mereka menghasilkan ikatan kovalen yang memberikan kestabilan. Sumber: Gabriel Bolívar

Iodin adalah halogen dan oleh itu tergolong dalam kumpulan VIIA. Oleh itu, ia mempunyai tujuh elektron valensi, dan molekul diatomik sederhana ini dapat ditunjukkan dengan memperbaiki atau menggunakan formula:

D = 2 × 7 (dua atom yodium) = 14 elektron

N = 2 × 8 = 16 elektron

C = 16 - 14 = 2 elektron

Pautan C / 2 = 1

Sebanyak 14 elektron 2 mengambil bahagian dalam ikatan kovalen (titik hijau dan tanda hubung), 12 tetap tidak bersama; dan kerana ia adalah dua atom yodium, 6 mesti dibahagi bagi salah satu daripadanya (elektron valensinya). Hanya struktur ini yang mungkin terdapat dalam molekul ini, yang geometrinya lurus.

Amonia

Nitrogen mempunyai 5 elektron, sementara hidrogen hanya 1. Cukup untuk mencapai kestabilan dengan mewujudkan tiga ikatan kovalen, yang terdiri daripada satu elektron dari N dan satu lagi dari H Sumber: Gabriel Bolívar

Apakah struktur Lewis untuk molekul amonia? Oleh kerana nitrogen adalah kumpulan VA, ia mempunyai lima elektron valensi, dan kemudian:

D = 1 × 5 (satu atom nitrogen) + 1 × 3 (tiga atom hidrogen) = 8 elektron

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 elektron

C = 14 - 8 = 6 elektron

C / 2 = 3 pautan

Kali ini formula betul dengan bilangan pautan (tiga pautan hijau). Oleh kerana 6 daripada 8 elektron yang ada berpartisipasi dalam ikatan, masih ada pasangan yang tidak dikongsi yang terletak di atas atom nitrogen.

Struktur ini mengatakan semua yang perlu diketahui mengenai asas ammonia. Dengan menggunakan pengetahuan TEV dan TRPEV, disimpulkan bahawa geometri adalah tetrahedral yang diputarbelitkan oleh pasangan bebas nitrogen dan bahawa hibridisasi ini adalah sp ³ .

C

Sumber: Gabriel Bolívar

Formula sepadan dengan sebatian organik. Sebelum menggunakan formula, harus diingat bahawa hidrogen membentuk ikatan tunggal, oksigen dua, karbon empat dan strukturnya harus setetes mungkin. Berjalan seperti contoh sebelumnya, kami mempunyai:

D = 6 × 1 (enam atom hidrogen) + 6 × 1 (satu atom oksigen) + 4 × 2 (dua atom karbon) = 20 elektron

N = 6 × 2 (enam atom hidrogen) + 8 × 1 (satu atom oksigen) + 8 × 2 (dua atom karbon) = 36 elektron

C = 36 - 20 = 16 elektron

Pautan C / 2 = 8

Jumlah tanda sempang hijau sesuai dengan 8 pautan yang dikira. Struktur Lewis yang dicadangkan adalah etanol CH ₃ CH ₂ OH. Walau bagaimanapun, adalah betul untuk mengusulkan struktur dimetil eter CH ₃ OCH ₃ , yang lebih simetri.

Yang mana antara dua yang "lebih" betul? Kedua-duanya sama, kerana struktur timbul sebagai isomer struktur dengan formula molekul yang sama C ₂ H ₆ O.

Ion permanganat

Sumber: Gabriel Bolívar

Keadaan menjadi rumit apabila diinginkan untuk membuat struktur Lewis untuk sebatian logam peralihan. Mangan tergolong dalam kumpulan VIIB, begitu juga, elektron cas negatif mesti ditambahkan di antara elektron yang ada. Menggunakan formula yang kita ada:

D = 7 × 1 (satu atom mangan) + 6 × 4 (empat atom oksigen) + 1 kali elektron cas = 32 elektron

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 elektron

C = 40 - 32 = 8 elektron bersama

C / 2 = 4 pautan

Walau bagaimanapun, logam peralihan boleh mempunyai lebih daripada lapan elektron valens. Tambahan pula, bagi MnO ₄ ^- ion untuk mempamerkan caj negatif, ia adalah perlu untuk mengurangkan dakwaan rasmi daripada atom oksigen. Bagaimana? Melalui ikatan berganda.

Sekiranya semua ikatan MnO ₄ ^- sederhana, caj formal oksigen akan sama dengan -1. Oleh kerana terdapat empat, caj yang dihasilkan adalah -4 untuk anion, yang jelas tidak benar. Apabila ikatan berganda terbentuk, dijamin bahawa satu oksigen mempunyai muatan formal negatif, yang tercermin dalam ion.

Dalam ion permanganat dapat dilihat bahawa terdapat resonans. Ini menunjukkan bahawa satu-satunya ikatan Mn - O tunggal dilepaskan antara empat atom O.

Ion dikromat

Sumber: Gabriel Bolívar

Akhirnya, kes serupa berlaku dengan ion dikromat (Cr ₂ O ₇ ). Chromium tergolong dalam kumpulan VIB, jadi ia mempunyai enam elektron valensi. Menggunakan formula sekali lagi:

D = 6 × 2 (dua atom kromium) + 6 × 7 (tujuh atom oksigen) + 2 elektron kali ganda cas divalen = 56 elektron

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 elektron

C = 72 - 56 = 16 elektron bersama

Pautan C / 2 = 8

Tetapi tidak ada 8 ikatan, tetapi 12. Atas sebab yang sama dijumpai, dalam ion permanganat dua oksigen dengan cas formal negatif mesti ditinggalkan yang menambah hingga -2, cas ion dikromat.

Oleh itu, sebanyak mungkin ikatan berganda yang ditambah. Dengan cara ini kita sampai di struktur gambar Lewis untuk Cr ₂ O ₇ ^2– .

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 251.
2. Struktur Lewis. Diambil dari: chemed.chem.purdue.edu
3. Steven A. Hardinger, Jabatan Kimia & Biokimia, UCLA. (2017). Struktur Lewis. Diambil dari: chem.ucla.edu
4. Wayne Breslyn. (2012). Melukis Struktur Lewis. Diambil dari: terpconnect.umd.edu
5. Webmaster. (2012). Struktur Lewis ("titik elektron"). Jabatan Kimia, Universiti Maine, Orono. Diambil dari: chemistry.umeche.maine.edu
6. Lancaster, Sean. (25 April 2017). Cara Menentukan Berapa Banyak Titik Pada Struktur Lewis Dot Elemen. Ilmu Pengetahuan. Dipulihkan dari: sciencing.com