Ettevalmistus Keemiaolümpiaadiks/Lewisi-struktuurid

Allikas: Vikiõpikud
Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
Enne Lewisi struktuuri joonistamist tasub teada, et
  • Valentselektronideks nimetakse aatomi väliselektronkihi elektrone. s- ja p-elementide puhul on rühmanumbri viimane number võrdne valentselektronide arvuga (kui rühmad on nummerdatud 1–18). Nt fluor asub rühmas 17 ning omab 7 valentselektroni.
  • Valentselektrone, mis osalevad sideme moodustamisel, nimetatakse jagatud elektronideks. Lewisi struktuurides, igas sidemes on kahe aatomi vahel jagatud kaks elektroni.
  • Kõiki teisi valentselektrone nimetakse jagamata elektronideks ning joonistakse paari(de)na.
  • Kui aatomi väliskihis on 8 elektroni, siis nimetatakse seda oktetiks. Kui vesiniku väliskihis on 2 elektroni, siis nimetatakse seda dubletiks.
Kasutame järgmiseid tähiseid
  • Si on i-aatomi jagatud elektronide arv (ingl Shared electrons).
  • Ui on i-aatomi jagamata elektronide arv (ingl Unshared electrons).
  • Vi on i-aatomi valentselektronide arv (ingl Valence electrons).
  • Fi on i-aatomi formaalne laeng (ingl Formal charge).
  • O on kõigi aatomite dubletti/oktetti reegli täimiseks vajalik elektronide arv (ingl Octet rule).
  • V on kõigi aatomite valentselektronide summa miinus iooni laeng (ingl Valence electrons).
  • B, S ja M on vastavalt sidemete, üksiksidemete ja kordsete sidemete arvud (ingl Bond, Single and Multiple bond). Sideme arv i-aatomi ümber võrdub Si.
  • U on jagamata elektronide summa (ingl Unshared electrons).
Lewisi struktuuri joonistamisel kasutame järgmist eeskirja.
  1. Arvuta dubletti/oktetti reegli täimiseks vajalik elektronide (O), valentselektronide (V) ja sidemete arvud (B).
  2. Joonista keskaatom, mis on tõenäoliselt:
    1. valemis kõige vähem esinev element [nt NH3-s, SO2 (väävel)];
    2. kõige elektropositiivsem element [nt N2O (lämmastik), SCN (süsinik)].
  3. Joonista aatomid ja nende vahelised S üksiksidemed.
  4. Kui B > S, joonista veel M kordset sidet [SO2 (üks kaksikside)].
  5. Arvuta jagamata elektronide arv U ja täida okteti reegel alustades elektronegatiivsemate elementidest.
  6. Arvuta ja kirjuta iga aatomi mittenulline formaalne laeng (Fi).
Kommentaarid eeskirjale
  1. Valentselektronide arv on kõigi aatomite valentselektronide summa (Σi Vi) miinus iooni laeng (q). Kõigi aatomite dubletti/oktetti reegli täimiseks vajalik elektronide arv on summa O = 2·n(H) + 8·n(E). Sidemete arv võrdub allapoole ümardatud täisnumbrile B = (OV)/2.
  2. Tõenäolisem on „ühendatus”, milles ühendatud aatomite Vi korrutiste summa on minimaalne (min(Σij Vi·Vj)). Seega on kolmeliikmelised tsüklid on ebastabiilsed ahela suhtes. Samuti on eelistatud ahelad, milles elektronegatiivsemad aatomid asetsevad vaheldumisi elektropositiivsemate aatomitega. Kompaktsemad struktuurid suurema keskaatomiga on stabiilsem.
  3. Sellel sammul peaks kõigil vesinikuaatomitel täituma dublett (2 elektroni). Lewisi struktuurides vastab iga side kahele elektronile, kuid eranditeks on nt boraanid nagu B2H6.
  4. Kordsete sidemete arv võrdub M = BS. Kui B < S, on tegemist hüpervalentse ühendiga (nt PCl5), ehk keskaatomiga võib olla jagatud rohkem, kui 8 elektroni.
  5. Jagamata elektronide summa võrdub U = V − 2·max(B,S). Seega, kui B > S, joonista aatomite ümber V − 2·B jagamata elektrone; kui BS, joonista aatomite ümber V − 2·S jagamata elektrone. Oktetireegli järgi saavutavad aatomid sideme moodustamisel väliskihti maksimaalse arvu elektrone, milleks üldjuhul on 8 (oktett). Radikaalidel on paaritu arv elektrone, mis tähendab, et mõnedel aatomitel pole oktett täidetud (nt lämmastikul NO2-s).
  6. i-aatomi formaalne laeng võrdub: Fi = Vi − Si − Ui, kus Vi on vastava elemendi valentselektronide arv, Si on i-aatomi jagatud elektronide arv ning Ui on i-aatomi jagamata elektronide arv.
Kontrolli järgmist.
  • Struktuur vastab etteantud valemile.
  • Formaalsete laengute summa võrdub iooni laenguga: Σi Fi = q;
  • Jagatud ja jagamata elektronide summa võrdub valentselektronide arvuga: Σi Si + Σi Ui = V = Σi Vi − Σi Fi.
Memo
  1. O, V, B
  2. Sümbolid
  3. Üksiksidemed
  4. Kordsed sidemed
  5. Jagamata elektronid
  6. Formaalse laengud
Valemid
  1. O = 2·n(H) + 8·n(E)
V = Σi Viq
B = (OV)/2 (ümardatud allapoole)
  1. S üksiksidemed
  2. M = BS
  3. U = V − 2·max(B,S)
  4. Fi = Vi − Si − Ui