LEWIS YAPISI: NEDIR, NASIL YAPILIR, ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Lewis yapısı , bir molekül ya da bir iyon içinde kovalent bağların tüm temsilidir. İçinde, bu bağlar ve elektronlar noktalar veya uzun çizgilerle temsil edilir, ancak çoğu zaman noktalar paylaşılmamış elektronlara ve çizgiler kovalent bağlara karşılık gelir.

Ama kovalent bağ nedir? Periyodik tablonun herhangi iki atomu arasında bir çift elektronun (veya noktaların) paylaşılmasıdır. Bu diyagramlarla, belirli bir bileşik için birçok iskelet çizilebilir. Hangisinin doğru olduğu, atomların biçimsel yüklerine ve kimyasal yapısına bağlı olacaktır.

2-bromopropan bileşiği. Wikimedia Commons'tan Ben Mills tarafından.

Yukarıdaki resimde bir Lewis yapısının ne olduğuna dair bir örnek görüyorsunuz. Bu durumda, temsil edilen bileşik 2-bromopropandır. Hem bağlara katılan hem de paylaşılmayan elektronlara karşılık gelen siyah noktaları görebilirsiniz (Br hemen üstündeki tek çift).

Nokta çiftleri ":" uzun bir tire "-" ile değiştirilirse, 2-bromopropanın karbon iskeleti şu şekilde temsil edilir: C - C - C Neden çizilen “moleküler çerçeve” yerine C - H - H - C olamaz? Cevap, her atomun elektronik özelliklerinde yatmaktadır.

Dolayısıyla, hidrojenin tek bir elektronu ve doldurulabilecek tek bir yörüngesi olduğundan, yalnızca bir kovalent bağ oluşturur. Bu nedenle asla iki bağ oluşturamaz (hidrojen bağlarıyla karıştırılmamalıdır). Öte yandan, karbon atomunun elektronik konfigürasyonu dört kovalent bağ oluşumuna izin verir (ve gerektirir).

Bu nedenle, C ve H'nin müdahale ettiği Lewis yapıları tutarlı olmalı ve elektronik konfigürasyonları tarafından yönetilen şeye saygı duymalıdır. Bu şekilde, karbonun dörtten fazla bağı veya birden fazla hidrojen bağı varsa, taslak atılabilir ve gerçeğe uygun yeni bir tane daha başlatılabilir.

Gilbert Newton Lewis'in deneysel verilere sadık moleküler temsiller arayışında ortaya attığı bu yapıların ana motiflerinden veya onaylarından biri burada ortaya çıkıyor: moleküler yapı ve biçimsel yükler.

Mevcut tüm bileşikler, molekül veya iyonların nasıl olabileceğine dair bir ilk yaklaşım vererek Lewis yapıları ile temsil edilebilir.

Lewis yapısı nedir?

Değerlik elektronlarının temsili bir yapısıdır ve moleküler yapısı hakkında bir fikir edinmeye hizmet eden bir molekül veya iyondaki kovalent bağlardır.

Ancak bu yapı, bir atom ve çevresiyle ilgili moleküler geometri gibi bazı önemli ayrıntıları (eğer kare, trigonal düzlem, bipiramidal vb.) Tahmin edememektedir.

Aynı şekilde atomlarının kimyasal hibridizasyonunun ne olduğu hakkında da bir şey söylemiyor, ancak ikili veya üçlü bağların nerede olduğunu ve yapıda rezonans olup olmadığını söylüyor.

Bu bilgilerle, bir bileşiğin reaktivitesi, kararlılığı, molekülün reaksiyona girdiğinde nasıl ve hangi mekanizmayı izleyeceği tartışılabilir.

Bu nedenle, Lewis yapıları dikkate alınmayı asla bırakmaz ve çok faydalıdır çünkü yeni kimyasal öğrenme bunlarda yoğunlaşabilir.

Nasıl oldu?

Bir yapı, formül veya Lewis diyagramı çizmek veya taslağını çizmek için, bileşiğin kimyasal formülü gereklidir. Onsuz, onu oluşturan atomların hangileri olduğunu bile bilemezsiniz. Bununla birlikte, hangi gruplara ait olduklarını bulmak için periyodik tablo kullanılır.

Eğer bileşik Cı varsa, örneğin, ₁₄ O ₂ N ₃ daha sonra, karbon, oksijen ve azot grupları için bakmak gerekir. Bu yapıldıktan sonra, bileşik ne olursa olsun, valans elektronlarının sayısı aynı kalır, böylece er ya da geç ezberlenirler.

Bu nedenle, karbon IVA grubuna, oksijen VIA grubuna ve nitrojen VA'ya aittir. Grup numarası, değerlik elektronlarının (puan) sayısına eşittir. Hepsinin ortak noktası değerlik kabuğu sekizlisini doldurma eğilimindedir.

Sekizli kuralı nedir?

Bu, atomların kararlılığa ulaşmak için enerji seviyelerini sekiz elektronla tamamlama eğiliminde olduğunu söylüyor. Bu, tüm metal olmayan elementler veya periyodik tablodaki sop bloklarında bulunanlar için geçerlidir.

Ancak, tüm öğeler sekizli kuralına uymaz. Özel durumlar, yapıları daha çok resmi ücretlere ve grup numaralarına dayanan geçiş metalleridir.

Metalik olmayan elementlerin değerlik kabuğundaki, Lewis yapısının çalıştırılabildiği elektron sayısı.

Matematiksel formülün uygulanması

Elemanların hangi gruba ait olduğunu ve dolayısıyla bağ oluşturmak için mevcut olan değerlik elektronlarının sayısını bilmek, Lewis yapılarını çizmek için yararlı olan aşağıdaki formülle devam edin:

C = N - D

C, ortak elektronlar, yani kovalent bağlara katılanlar anlamına gelir. Her bağ iki elektrondan oluştuğundan, C / 2 çekilmesi gereken bağların (veya kısa çizgiler) sayısına eşittir.

N, atomun valans kabuğunda olması gereken, aynı dönemde onu takip eden soy gaza izoelektronik olması gereken elektronlardır. H dışındaki tüm elementler için (He ile karşılaştırmak için iki elektron gerektirdiğinden) sekiz elektrona ihtiyaçları vardır.

D, değerlik elektronlarının grubu veya sayılarıyla belirlenen mevcut elektronlardır. Bu nedenle, Cl VIIA grubuna ait olduğu için, yedi siyah nokta veya elektronla çevrili olması ve bir bağ oluşturmak için bir çiftin gerekli olduğunu akılda tutması gerekir.

Atomlara, noktalarına ve C / 2 bağlarının sayısına sahip olan bir Lewis yapısı daha sonra doğaçlama yapılabilir. Ancak ek olarak, başka "kurallar" kavramına da sahip olmak gerekir.

En az elektronegatif atomların nereye yerleştirileceği

Yapıların büyük çoğunluğunda en az elektronegatif atomlar merkezleri işgal eder. Bu nedenle, P, O ve F atomlarına sahip bir bileşiğiniz varsa, bu nedenle P varsayımsal yapının merkezinde yer almalıdır.

Ayrıca, hidrojenlerin normalde yüksek oranda elektronegatif atomlara bağlandığına dikkat etmek önemlidir. Bir bileşikte Zn, H ve O varsa, H, O ile birlikte gider, Zn ile değil (Zn - O - H ve H - Zn - O değil). Bu kuralın istisnaları vardır, ancak genellikle metalik olmayan atomlarda oluşur.

Simetri ve biçimsel yükler

Doğa, olabildiğince simetrik olan moleküler yapılar oluşturmak için yüksek bir tercihe sahiptir. Bu, atomların herhangi bir görünür modele uymayacak şekilde düzenlendiği dağınık yapılar oluşturmaktan kaçınmaya yardımcı olur.

Örneğin, A'nın hayali bir atom olduğu C ₂ A ₃ bileşiği için en olası yapı A - C - A - C - A olacaktır. Yanlarının simetrisine, her ikisi de diğerinin yansımalarına dikkat edin.

Biçimsel yükler, Lewis yapılarını çizerken, özellikle iyonlar için önemli bir rol oynar. Böylece, bağlar eklenebilir veya çıkarılabilir, böylece bir atomun resmi yükü, sergilenen toplam yüke karşılık gelir. Bu kriter, geçiş metali bileşikleri için çok faydalıdır.

Sekizli kuralıyla ilgili sınırlamalar

Kararsız olan bir bileşik olan alüminyum triflorürün temsili. Her iki element de, stabiliteyi sağlamak için sekiz olması gerektiğinde üç kovalent bağ oluşturan altı elektrondan oluşur. Kaynak: Gabriel Bolívar

Tüm kurallara uyulmadığı için bu, yapının yanlış olduğu anlamına gelmez. Bunun tipik örnekleri, grup IIIA elemanlarının (B, Al, Ga, In, Tl) dahil olduğu birçok bileşikte gözlenir. Alüminyum triflorür (AlF ₃ ) burada özellikle dikkate alınır .

Yukarıda açıklanan formülü uyguladığımızda:

D = 1 × 3 (bir alüminyum atomu) + 7 × 3 (üç florin atomu) = 24 elektron

Burada 3 ve 7, alüminyum ve flor için mevcut olan ilgili valans elektron grupları veya sayılarıdır. Ardından, gerekli elektronları dikkate alarak N:

N = 8 × 1 (bir alüminyum atomu) + 8 × 3 (üç florin atomu) = 32 elektron

Ve bu nedenle paylaşılan elektronlar:

C = N - D

C = 32 - 24 = 8 elektron

C / 2 = 4 bağlantı

Alüminyum en az elektronegatif atom olduğundan, merkeze yerleştirilmesi gerekir ve florin yalnızca bir bağ oluşturur. Bunu göz önünde bulundurarak, AlF _3'ün Lewis yapısına sahibiz (üstteki resim). Paylaşılan elektronlar, onları paylaşılmayanlardan ayırmak için yeşil noktalarla vurgulanır.

Hesaplamalar 4 bağın oluşturulması gerektiğini öngörse de, alüminyum yeterli elektrondan yoksundur ve ayrıca dördüncü flor atomu da yoktur. Sonuç olarak alüminyum sekizlik kuralına uymaz ve bu gerçek hesaplamalara yansımaz.

Lewis yapılarına örnekler

İyot

İyot ametallerinin her biri yedi elektrona sahiptir, bu nedenle bu elektronlardan birini paylaşarak kararlılık sağlayan kovalent bir bağ oluştururlar. Kaynak: Gabriel Bolívar

İyot bir halojendir ve bu nedenle VIIA grubuna aittir. Böylece yedi değerlik elektronuna sahiptir ve bu basit diatomik molekül, aşağıdaki formülü uygulayarak veya doğaçlama yaparak temsil edilebilir:

D = 2 × 7 (iki iyot atomu) = 14 elektron

N = 2 × 8 = 16 elektron

C = 16 - 14 = 2 elektron

C / 2 = 1 bağlantı

14 elektrondan itibaren 2 kovalent bağa (yeşil noktalar ve tire) katılır, 12'si paylaşılmamış olarak kalır; ve iki iyot atomu olduklarından, bunlardan biri için 6 bölünmelidir (değerlik elektronları). Geometrisi doğrusal olan bu molekülde ancak bu yapı mümkündür.

Amonyak

Azot 5 elektrona sahipken, yalnızca hidrojendir 1. Bir elektrondan N'den ve diğerinden H Kaynağından oluşan üç kovalent bağ kurarak kararlılığa ulaşmak için yeterlidir: Gabriel Bolívar

Amonyak molekülü için Lewis yapısı nedir? Nitrojen VA grubuna ait olduğu için beş değerlik elektronuna sahiptir ve sonra:

D = 1 × 5 (bir nitrojen atomu) + 1 × 3 (üç hidrojen atomu) = 8 elektron

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 elektron

C = 14 - 8 = 6 elektron

C / 2 = 3 bağlantı

Bu sefer formül bağlantı sayısıyla (üç yeşil bağlantı) doğrudur. Mevcut 8 elektrondan 6'sı bağlara katıldığından, nitrojen atomunun üzerinde bulunan paylaşılmamış bir çift kalır.

Bu yapı, amonyak bazı hakkında bilinmesi gereken her şeyi söylüyor. TEV ve TRPEV bilgisini uygulayarak, geometrinin nitrojensiz çift tarafından tetrahedral bozulmuş olduğu ve bu nedenle bunun hibridizasyonunun sp ³ olduğu sonucuna varılmıştır .

C

Kaynak: Gabriel Bolívar

Formül, organik bir bileşiğe karşılık gelir. Formülü uygulamadan önce, hidrojenlerin tek bağ, oksijen iki, karbon dört oluşturduğu ve yapının olabildiğince simetrik olması gerektiği unutulmamalıdır. Elimizdeki önceki örneklerle devam edersek:

D = 6 × 1 (altı hidrojen atomu) + 6 × 1 (bir oksijen atomu) + 4 × 2 (iki karbon atomu) = 20 elektron

N = 6 × 2 (altı hidrojen atomu) + 8 × 1 (bir oksijen atomu) + 8 × 2 (iki karbon atomu) = 36 elektron

C = 36 - 20 = 16 elektron

C / 2 = 8 bağlantı

Yeşil çizgi sayısı, hesaplanan 8 bağlantıya karşılık gelir. Önerilen Lewis yapı olup etanol CH'dir ₃ CH ₂ , OH. Bununla birlikte, aynı zamanda, yapının önerilmesidir doğru olurdu dimetil eter, CH ₃ OCH ₃ , daha da simetrik olan.

İkisinden hangisi "daha fazla" doğrudur? Bunların her ikisi de, aynı moleküler formüle Cı yapısal izomerler olarak ortaya çıkan bu yana, eşit yani olan ₂ H ₆ O.

Permanganat iyonu

Kaynak: Gabriel Bolívar

Geçiş metal bileşikleri için Lewis yapılarının yapılması istendiğinde durum karmaşıktır. Manganez VIIB grubuna aittir, aynı şekilde negatif yükün elektronu da mevcut elektronlar arasına eklenmelidir. Elimizdeki formülü uygulamak:

D = 7 × 1 (bir manganez atomu) + 6 × 4 (dört oksijen atomu) + 1 elektron çarpı yük = 32 elektron

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 40 elektron

C = 40 - 32 = 8 paylaşılan elektron

C / 2 = 4 bağlantı

Bununla birlikte, geçiş metalleri sekizden fazla değerlik elektronuna sahip olabilir. Ayrıca, MnO ₄ ^- iyonunun negatif yük göstermesi için, oksijen atomlarının biçimsel yüklerini azaltmak gerekir. Nasıl? Çift bağlar sayesinde.

MnO tüm bağlar halinde ₄ ^- basit, oksijenlerin resmi ücretleri -1 eşit olacaktır. Dört olduğu için, sonuçta ortaya çıkan yük anyon için -4 olacaktır ki bu kesinlikle doğru değildir. Çift bağlar oluştuğunda, tek bir oksijenin iyona yansıyan negatif bir formal yüke sahip olması garanti edilir.

Permanganat iyonunda rezonans olduğu görülebilir. Bu, tek tek Mn - O bağının dört O atomu arasında yer değiştirdiği anlamına gelir.

Dikromat iyonu

Kaynak: Gabriel Bolívar

Son olarak, benzer bir durum dikromat iyonu (Cr oluşur ₂ O ₇ ). Krom, VIB grubuna aittir, bu nedenle altı değerlik elektronuna sahiptir. Formülü tekrar uygulamak:

D = 6 × 2 (iki krom atomu) + 6 × 7 (yedi oksijen atomu) + 2 elektron çarpı iki değerli yük = 56 elektron

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 elektron

C = 72 - 56 = 16 paylaşılan elektron

C / 2 = 8 bağlantı

Fakat 8 bağ değil, 12 vardır. Bulunan aynı nedenlerden dolayı, permanganat iyonunda, dikromat iyonunun yükü olan -2'ye kadar olan negatif biçimsel yüklü iki oksijen bırakılmalıdır.

Böylece, gerektiği kadar çift bağ eklenir. Bu şekilde Cr ₂ O ₇ ^2– için görüntünün Lewis yapısına ulaşıyoruz .

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 251.
2. Lewis Structures. Alındığı kaynak: chemed.chem.purdue.edu
3. Steven A. Hardinger, Kimya ve Biyokimya Bölümü, UCLA. (2017). Lewis yapısı. Alındığı kaynak: chem.ucla.edu
4. Wayne Breslyn. (2012). Lewis Yapılarının Çizimi. Alındığı kaynak: terpconnect.umd.edu
5. Webmaster. (2012). Lewis ("elektron noktası") Yapıları. Kimya Bölümü, Maine Üniversitesi, Orono. Alındığı kaynak: chemistry.umeche.maine.edu
6. Lancaster, Sean. (25 Nisan 2017). Bir Elemanın Lewis Nokta Yapısında Kaç Nokta Olduğunu Belirleme. Sciencing. Kurtarıldı: sciencing.com