路易斯结构
结构
数电子
路易斯结构中的电子总数等于每个原子价电子的总数,非价电子不会出现在路易斯结构中。
一但电子的总数被决定,电子必须排进结构中,一开始须排入孤对电子:一对点为一对孤对电子。孤对电子一开始需排在外层原子(氢原子除外),直到外层被键结或孤对电子填满八颗,多出来的孤对电子要排在中心原子。当不确定时,孤对电子要先排在电负度高的原子。
一旦孤对电子排进原子,尤其是中心原子可能不会外层有八颗电子,在此情况下,原子必须组成共价键(孤对电子的移动形成第二个原子间的化学键结),当原子共享电子对时,仍然符合八隅体规则。一个共价键对一个原子表示有两个外层电子。
路易斯结构对于多原子离子的画法也是一样,数电子时,阴离子需要多画电子在其结构中,阳离子则须比中性状态时少画电子。
画路易斯结构时,整个结构需要用括号标示,若有电荷则要画在括号的右上方。
这里有一个不用数电子而可以画路易斯结构的方法:先画原子和其价电子,配对其价电子形成键结,阴离子或阳离子则增加或去掉电子。
数价电子的小方法,属需要多少价电子能填满符合八隅体规则(氢原子只有两颗电子),然后把两个原子算出的答案相减,就是形成键结的电子数,剩下的电子必须去填满其他原子,使之符合八隅体规则。
其他一般和简单的步骤来画路易斯结构和共振结构已经被提出来了。
在步骤开始前必须先了解分子的几何结构,也就是不论它是不是环状结构(每个原子彼此连接),很多画出简单或复杂的路易斯结构方法可以在Chem-Net网站中找到。
形式电荷
在形式电荷这个术语当中描述对照和评定相似的共振结构,是他们原子的电荷量(路易斯结构中电子数量)假设没有共价键或非极性共价键。这用在电子可能重新配置而需要了解其反应机转的时候,不过常常有其partial charge相同的时候,此时例外。简单来讲,形式电荷有它的公式,以下是假设:
说明:
Cf{\displaystyle C_{f}}是形式电荷
Nv{\displaystyle N_{v}}代表原子价电子的数量
Ue{\displaystyle U_{e}}代表未共享的电子数量
Bn{\displaystyle B_{n}}代表原子间的总键结数
形式电荷是计算路易斯结构中中性电荷的原子其价电子数的差异。电子在原子共价键当中是同等的被分开。离子的形式电荷总数须要和它的价数相等,还有中性分子的形式电荷必须为零。
共振
有些分子或离子,很难决定其孤对电子是否要形成双键或三键,这种状况有时发生在很多相同型态原子围绕中心原子,常看到发生在多原子离子。
当这种情况发生,此路易斯结构称做共振结构,此结构的情况有很多重复的,其分子的路易斯结构是这多种结构的平均状态。
例如硝酸离子(NO3)大部分都是双键在氮和氧原子中间来满足其氮原子的八隅体规则,但由于此结构不对称,所以不一定氧原子是接双键,此时有三种可能的共振结构。用路易斯结构来表示共振的方式为画出其可能共振结构,其中双键转换的方像用箭头表示。
当比较完相同分子的共振结构后,常常拥有最少形式电荷的会贡献形式电荷到整个共振化合物,当形式电荷对共振结构很重要时,其负电荷会喜欢在电负度高的原子上,而正电荷会喜欢在电负度低的原子上。
像六氟化硫这种高价分子其单键也可以移动,他的解释是基于量子化学而不是一般的扩大八隅体模型。
例子
亚硝酸根的化学式是NO2
氮原子是其中电负度最低的原子,所以为中心原子。
数数看他们的价电子,氮原子有5个价电子;两个氧是6个价电子,价电子总数是 (6 × 2) + 5 = 17。此离子带-1价,表示有多余的电子,所以电子总数是18。
排进孤对电子。每个氧原子必须和氮原子键结,也就是四个电子两个为一键结。剩下的14个电子先当他们是孤对电子。一个氧原子最多能有三对孤对电子,让每个氧原子加上键结总共有八颗电子。七对孤对电子必须排进氮原子中。
要满足八隅体规则,所有的氧原子目前被分配到8颗电子,氮原子只被分配到6颗,所以其中一个氧原子的孤对电子需要形成双键,但其他的原子也会有相同的情况,所以必须要有共振结构。
总结,两个路易斯结构必须都画:每一个结构其中一个氧原子要与氮原子行双键键结。第二个氧原子在结构中将与氮原子行单键键结。每个结构都要画上括号并在括号的右上方附上(−),在两个共振结构中间画上双头箭号表示之。
替代表示方式
两种丁烷的结构式
丁烷的骨架图像
丁烷的空间填充图像
化学的结构可以被书写得更简单,特别是在表示有机化合物时。简化结构式,几乎或所有的共价键会被移除,用相同基团写在一起彼此相连表示。
另一个简化的结构是骨架结构式,其键结用线表示,氮碳原子不会标示出来,而是用转折点表示。氢原子与碳键结则不会表示出来(氢原子可以看有几个碳推算出数目),如图表示,只显示碳与碳之间的键结,没有显示氢与碳之间的键结。
有些结构用路易斯结构过于复杂,故使用3D结构表示,如空间填充图像。
另见
价层电子对互斥理论(VSEPR理论)
分子几何结构
结构式
键结轨域
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