ساختار لوویس

ساختار لوویس
ساختار لوویس یا ساختار الکترون نقطه یا ساختار پیوند ظرفیتی ساختاری برای نمایش مولکول یا یون در شیمی است که در آن عنصر را با نماد شیمیایی، الکترون‌های ظرفیتی ناپیوندی را با نقطه و پیوندها را با خط نمایش می‌دهند. در این ساختار بار قراردادی نیز نمایش داده می‌شود. این فرمول را به پاس گیلبرت نیوتون لوویس، دانشمند آمریکایی که در سال ۱۹۱۶ نظریه پیوند کووالانسی را ارائه داد، لوویس نامیدند.
مراحل رسم ساختار لوویس
برای رسم انواع ساختار لوویس از الگوریتم داده شده استفاده می‌کنیم. مراحل باید به ترتیب طی شوند.
۱. تعیین اتم مرکزی:
در ساختار لوویس اتمی را که ۳ شرط زیر را داشته باشد اتم مرکزی می‌نامیم و دیگر اتم‌ها را اتم اطراف می‌نامیم.
اتمی که کمترین تعداد را داشته باشد واگر تعدادها برابر بود:
اتمی که در لایه ظرفیت خود اوربیتال تک الکترونی بیشتری داشته باشد و اگر تعداد آنها نیز برابر بود:
اتمی که الکترونگاتیوی آن از بقیه اتم‌ها کمتر باشد.
در ساختار لوویس، هر مولکول یا یون هر اتمی که اتم مرکزی نباشد، اتم اطراف نام می‌گیرد.
برای نمونه، در تترا کلرو متان یا کربن تترا کلرید (CCl۴) اتم مرکزی C و اتم‌های اطراف Clها هستند.
در مورد ۱ استثنا در مولکول N ۲ O یکی از نیتروژن‌ها اتم مرکزی است.
هیدروژن هیچگاه اتم مرکزی نخواهد بود
مثال:
دلیل
اتم مرکزی
مولکول یا یون
تعداد
C
CCl ۴
اوربیتال تک الکترونی بیشتر با وجود تعداد برابر
N
N ۲ F ۲
الکترونگاتیوی کمتر با وجود برابری تعداد و تعداد اوربیتال تک الکترونی مساوی(S,O)
S
S ۲ O ۲ Cl ۲
۲. دانستن آرایش الکترونی لایه ظرفیت (والانس) اتم مرکزی و محاسبه تعداد اوربیتال نیمه پر آن:
گروه ۱
گروه 2(Be)
گروه ۱۳
گروه ۱۴
گروه ۱۵
گروه ۱۶
گروه ۱۷
گروه ۱۸
یونی
ns 2 np 0
ns 2 np 1
ns 2 np 2
ns 2 np 3
ns 2 np 4
ns 2 np 5
ns 2 np 6
مثال: N(نیتروژن) در گروه ۱۵ جای دارد و به آرایش الکترونی ns 2 np 3 ختم می‌شود پس ۳ اوربیتال نیمه پر دارد.
۳. تعیین اینکه آیا اتم مرکزی می‌تواند برانگیخته شود یا خیر؟
مفهوم بر انگیختگی در رسم ساختار لوویس یعنی توانایی تبدیل اوربیتال پر به نیمه پر با جابه جایی الکترون در هر لایه.
مثال: تبدیل ns 2 np 2 به ns 1 np 3 یا تبدیل ns 2 np 3 به ns 1 np 3 (n-1)d 1
در میان عناصر فقط عنصرهای F,O،N,Cl نمی‌توانند بر انگیخته شوند.
کربن در همه حال برانگیخته است(ns 1 np 3 ) مگر در مولکول مونوکسید کربن CO و یون سیانید - CN که ns 2 np 2 است
۴. آیا اتم مرکزی نیازی به برانگیخته شدن دارد یا خیر؟
در حالت کلی عنصر موقعی برانگیخته می‌شود که نیاز به اوربیتال نیمه پر اضافه‌تر باشد برای مثال در ساختار PCl 3 نیازی به بر انگیخته شدن نیست چون به تعداد کافی اوربیتال نیمه پر برای اتم‌های اطراف وجود داردولی در مورد PCl 5 اوربیتال نیمه پر برای اتم‌های اطراف کافی نیست نیاز به بر انگیخته شدن وجود دارد.
ساختار P در ns 2 np 3 = PCl 3
ساختار P در ns 1 np 3 (n-1)d 1 = PCl 5
در مورد POCl 3 باید گفت که در آن عملا اوربیتال نیمه پر برای O وجود ندارد ولی P برای ایجاد پیوند با اکسیژن هیچگاه برانگیخته نخواهد شد. علت آن را در ادامه جویا می‌شویم.
معمولا عناصر به غیر از (Si , Be) برای پیوند با O برانگیخته نمی‌شوند زیرا اکسیژن تمایل زیادی به تشکیل پیوند داتیو دارد.
۵.
اگر یون مورد نظر دارای بار منفی بود، آن بار به اتم الکترونگاتیوتر می‌رسد. (به غیر از یون سیانید - CN که بار منفی استثنا به C می‌رسد)
اگر یون مورد نظر دارای بار مثبت بود، آن بار به اتم الکتروپازتیوتر می‌رسد. (به غیر از یون متیلیم + CH 3 که بار مثبت استثنا به C می‌رسد)
۶. رفتارشناسی عناصر
شماره گروه
دارای بار مثبت
دارای بار منفی
مثال
۱۴
رفتاری شبیه به گروه۱۳
رفتاری شبیه به گروه15
+ C شبیه B و - C شبیه N
۱۵
رفتاری شبیه به گروه۱۴
رفتاری شبیه به گروه16
+ N شبیه C و - N شبیه O
۱۶
رفتاری شبیه به گروه۱۵
رفتاری شبیه به گروه17
+ Se شبیه As و - O شبیه F
۱۷
رفتاری شبیه به گروه۱۶
رفتاری شبیه به گروه18
+ I شبیه O و - F شبیه Xe
۱۸
۷. نکاتی برای رسم:
اکسیژن در صورت وجود ۲ اوربیتال نیمه پر پیوند دوگانه تشکیل می‌دهدو در صورت عدم وجود آن پیوند داتیو تشکیل می‌دهد.
هالوژن‌ها وهیدروژن و - O فقط پیوند یگانه تشکیل می‌دهند.
اگر در ساختاری هم O وجود داشت هم هالوژن (مثل COCl 2 )، اولویت پیوند یگانه هالوژن هاست.
- H و - F و - Cl همیشه داتیو می‌دهند.
+ H همیشه داتیو می‌پذیرد.
اگر در ساختاری هم O وجود داشت هم - O، اولویت با پیوند یگانه - O است.
۸. در رسم اکسی اسیدها:
ابتدا ساختار بنیان اسید را رسم می‌کنیم.
سپس از طریق - Oها با اتم‌های هیدروژن پیوند یگانه تشکیل می‌دهیم.
چند نمونه ساختار رسم شده
آمونیومآمونیاک فسفر‌تری کلرید
یون نیترونیوم متان
فسفر پنتاکلرید