Symbole Lewisa i reguła oktetu

Wiązania chemiczne to złożone interakcje między dwoma lub więcej atomami lub jonami, które zmniejszają energię potencjalną cząsteczki. Gilbert N. Lewis opracował model zwany modelem Lewisa, który uprościł obraz tworzenia wiązań chemicznych i dostarczył prostych wyjaśnień dla wiązań chemicznych obserwowanych w większości powszechnych związków.  

Model Lewisa

Model Lewisa przedstawia tworzenie wiązań chemicznych poprzez współdzielenie lub przenoszenie elektronów walencyjnych, co pomaga osiągnąć stabilną konfigurację elektronową . Wiązanie jonowe powstaje, gdy elektrony są przenoszone między metalem a niemetalem, podczas gdy wiązanie kowalencyjne powstaje, gdy elektrony są dzielone między dwoma niemetalami.

Model Lewisa jest używany wyłącznie do opisu powstawania wiązań bez uwzględnienia zmian energii związanych z przyciąganiem i odpychaniem między elektronami i jądrami na sąsiednich atomach. Chociaż interakcje te mają kluczowe znaczenie dla wiązań chemicznych, dokładne określenie wartości jest złożone. Zamiast tego Lewis zaprojektował specjalne rysunki, aby zobrazować wiązania chemiczne za pomocą elektronów walencyjnych, zwanych symbolami Lewisa. 

Symbole Lewisa

Symbole Lewisa opisują konfiguracje elektronów walencyjnych atomów i jonów jednoatomowych. Symbol Lewisa składa się z symbolu pierwiastka otoczonego jedną kropką dla każdego z jego elektronów walencyjnych. Na przykład sód ma jeden elektron walencyjny; więc jedna kropka jest rysowana wokół symbolu Na. 

W przypadku pierwiastków z grupy głównej liczba elektronów walencyjnych jest oznaczona literowym numerem grupy w układzie okresowym pierwiastków. Na przykład lit (Li) należy do grupy IA i ma jeden elektron; beryl (Be) jest pierwiastkiem z grupy IIA i ma dwa elektrony walencyjne. 

Istnieją wyjątki od modelu Lewisa. W helu liczba elektronów walencyjnych nie jest tym samym, co liczba grup. Metale przejściowe, lantanowce i aktynowce mają niecałkowicie wypełnione otoczki wewnętrzne; stąd nie można ich zapisać prostymi symbolami kropek Lewisa. 

Reguła oktetu

Cząsteczki halogenu (F₂, Br₂, I₂ i At₂) tworzą wiązania podobne do tych w cząsteczce chloru: jedno pojedyncze wiązanie między atomami i trzy samotne pary elektronów na atom. Dzięki temu każdy atom halogenu może mieć konfigurację elektronową gazu szlachetnego. Tendencja atomów bloku s lub p do tworzenia wiązań wystarczających do uzyskania ośmiu elektronów walencyjnych jest znana jako reguła oktetu. Reguła oktetu przewiduje kombinacje atomów, które będą miały niższą energię potencjalną, gdy się ze sobą połączą.

Liczbę wiązań, które może utworzyć atom, można często przewidzieć na podstawie liczby elektronów potrzebnych do osiągnięcia oktetu (osiem elektronów walencyjnych); jest to szczególnie prawdziwe w przypadku niemetali z drugiego okresu układu okresowego pierwiastków (C, N, O i F). 

• Pierwiastki z grupy 14 mają cztery elektrony w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce i dlatego wymagają czterech dodatkowych elektronów, aby osiągnąć oktet. Te cztery elektrony można uzyskać, tworząc cztery wiązania kowalencyjne, takie jak węgiel w CH₄ (metan) i krzem w SiH₄ (silan). 
• Pierwiastki z grupy 15, takie jak azot, mają pięć elektronów walencyjnych w atomowym symbolu Lewisa: jedną samotną parę i trzy niesparowane elektrony. Atomy te tworzą trzy wiązania kowalencyjne, jak w NH₃ (amoniak). 
• Pierwiastki z grupy 16, takie jak tlen i inne atomy, uzyskują oktet, tworząc dwa wiązania kowalencyjne – jak wiązanie z dwoma atomami wodoru w_H2O(woda).

Istnieją wyjątki od reguły oktetu. Ponieważ wodór potrzebuje tylko dwóch elektronów, aby wypełnić swoją powłokę walencyjną, jest to wyjątek od reguły oktetu. W tym przypadku mówi się, że wodór osiągnął duet. Elementy przejściowe i wewnętrzne elementy przejściowe również nie są zgodne z regułą oktetu.

Ten tekst jest adaptacją Openstax, Chemia 2e, Rozdział 7.3: Symbole i struktury Lewisa.