1.6
Lewis sembolleri, moleküllerin ve çok atomlu iyonların bağlanmasını ifade eden Lewis yapı-çizimlerinde gösterilen kovalent bağların oluşumunu belirtme…
Lewis yapıları, atomlar arasındaki kimyasal bağların basitleştirilmiş temsilleridir. Her biri dört değerlik elektronuna sahip iki karbon atomunun, her biri bir değerlik elektronuna sahip dört hidrojen atomu ile çevrili olduğu eteni düşünün. Bu nedenle, etenin toplam on iki değerlik elektronu vardır.
İki karbon atomu için oktetleri ve dört hidrojen atomu için duetleri sağlamak için yirmi dört elektron gerekir. Bu nedenle, atomlar arasında on iki elektron paylaşılmalıdır. Sadece on iki elektron mevcut olduğundan, tüm atomların kararlı bir elektronik konfigürasyona ulaşmasına izin vermek için hepsinin bağ elektronları olması gerekir.
Bazen, çok atomlu yapılardaki atomlar standart değerlik elektron sayısını göstermezler. Bu gibi durumlarda, sıfırdan farklı bir resmi yük olan F, anormal atom ile ilişkilidir. Resmi yük, nötr atomdaki değerlik elektronlarının sayısı eksi o atomdaki bağların ve paylaşılmamış elektronların sayısına eşittir.
Örneğin, amonyum iyonunda, her hidrojen atomu nötr formunda bir değerlik elektronuna sahiptir ve tek bir bağ ile bağlanır ve resmi bir sıfır yükü verir.
Bu, nitrojen atomunu normal beş değerlik elektronu yerine dört değerlik elektronu ile bırakır. Bir elektronu eksik olduğu için, bir artı resmi bir yük taşır. Bu nedenle, amonyum iyonu üzerindeki toplam yük bir artıdır.
Kararlı yapılandırmalar genellikle resmi ücretleri en aza indirir. Bazı daha büyük elementler için, sekizli, daha az resmi yüke sahip bir konfigürasyona ulaşmak için sekizden fazla elektronu paylaşacak şekilde genişletilebilir.
Örneğin, kükürt trioksitteki kükürt atomu, çevredeki oksijen atomları ile hem tek hem de çift bağlar oluşturabilir. Bununla birlikte, atom üzerindeki genel resmi yükü azalttığı için çift bağ düzenlemesi tercih edilir.
Oktet kuralının diğer istisnaları, sekiz yerine altı paylaşılan elektron hedefine sahip olan bor içeren bileşikleri içerir, çünkü bir oktet elde etmek resmi bir yük gerektirir.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are Lewis structures and why are they useful in chemistry?
Lewis structures are simplified representations of chemical bonds between atoms that show how valence electrons are distributed in molecules. They help visualize bonding patterns and electron arrangement, making it easier to understand molecular stability and reactivity. For example, in ethene, the Lewis structure reveals that all twelve available valence electrons must be shared as bonding electrons to satisfy the octet rule for carbon and the duet rule for hydrogen.
Q2: How do you calculate formal charge on an atom?
Formal charge equals the number of valence electrons in a neutral atom minus the number of lone pair electrons minus the number of bonds on that atom. For instance, in the ammonium ion, nitrogen has four valence electrons instead of its usual five, resulting in a formal charge of +1. This calculation helps identify which Lewis structure arrangement is most stable, as stable configurations generally minimize formal charges.
Q3: What is the difference between single, double, and triple bonds?
A single bond forms when one pair of electrons is shared between two atoms, as in chlorine molecules. A double bond involves two shared electron pairs, as between carbon and oxygen in formaldehyde. A triple bond consists of three shared electron pairs, as in carbon monoxide. Atoms form multiple bonds to achieve stable octets with fewer formal charges.
Q4: What are lone pairs and how do they appear in Lewis structures?
Lone pairs are electrons not used in bonding that belong to a single atom. In Lewis structures, they are typically shown as dots or pairs of dots around the atom symbol. For example, each chlorine atom in a Cl-Cl molecule has three lone pairs plus one shared pair in the single bond, giving each atom eight valence electrons and satisfying the octet rule.
Q5: Why do some atoms expand their octets beyond eight electrons?
Larger elements like sulfur can expand their octets to share more than eight electrons, reducing overall formal charges on the atom. In sulfur trioxide, sulfur forms both single and double bonds with oxygen atoms. The double bond arrangement is preferred because it minimizes formal charges, creating a more stable Lewis structure than configurations that strictly follow the traditional octet rule.
Q6: What is the relationship between valence electrons and bonding?
The number of valence electrons determines how many bonds an atom can form to reach a stable configuration. Group 17 elements need one electron and form one bond; group 16 elements need two electrons and form two bonds; carbon needs four electrons and forms four bonds. Understanding valence electrons allows prediction of bonding patterns and the number of bonds in molecules using the periodic table.
Q7: Why is formal charge a useful tool even though it doesn't represent actual charge?
Formal charge is a bookkeeping procedure that helps identify the most stable Lewis structure by comparing different bonding arrangements. The sum of formal charges in a neutral molecule must equal zero, and in ions must equal the ion's charge. This verification method ensures Lewis structures are drawn correctly and helps predict which resonance structures contribute most to the actual bonding in molecules.