آموزش رسم ساختار لوویس مولکول ها و ترکیب های شیمی

آموزش رسم ساختار لوویس مولکول ها و یون های مختلف شیمی در ادامه از جم شیمی مورد بررسی و همراه با حل مثال های مختلف شرح داده می شود .ساختار لوويس يك فرمول ساختاری است كه در آن هسته و الكترون های لايه های درونی را به وسيله نماد اتمي عنصر و پيوند هاي كووالانسي را به وسيله جفت نقطه هايي در كنار نماد شيميايي عنصر نمايش مي دهند. به طور خلاصه ساختار لوويس نموداري است كه آرايش الكترون هاي ظرفيت را پيرامون اتم هاي يك مولكول نشان مي دهد.

تعداد الكترون های لایه ظرفیت یك اتم در حالت آزاد ممكن است با مجموع تعداد الكترون های مشترك( پیوندی) و غیر مشترك اتم در ساختار لوویس آن نشان داده شود. اگر تعداد الكترون های اطراف اتم در ساختار لوویس كمتر از تعداد الكترون های ظرفیت اتم باشد، به تعداد كمبود الكترون به اتم، بار مثبت نسبت داده می شود در حالی كه اگر تعداد الكترون ها در پیرامون اتم بیشتر از الكترون های ظرفیت باشد به تعداد الكترون های اضافی به اتم بار منفی نسبت داده می شود. بدیهی است كه اگر این دو تعداد مساوی باشند، اتم عنصر موردنظر در ساختار لوویس مورد بحث بار قراردادی صفر خواهد داشت.

نكات مهم در رسم ساختار لوويس يك تركيب

1- ساختار لوويسی كه در آن بار قراردادي وجود ندارد بهتر از ساختاری است كه بار قراردادی دارد.

2- ساختار لوویسی كه بارهای قراردادی آن بزرگ است، نادرست تر از ساختار لوویسی می باشد كه بارهای قراردادی كوچكتری دارد.

3- اتم هایی كه در یك مولكول یا یون به هم پیوند داده شده اند. نباید بار قراردادی هم نام داشته باشند.

4-  توزیع بار قراردادی مثبت و منفی باید با الكترونگاتیوی اتم ها هماهنگی داشته باشد . اتم دارای الكترونگاتیوی بیشتر نباید حامل بار قراردادی مثبت

باشد.یعنی بار قراردادی مثبت از آن اتم با الكترونگاتیوی كمتر و بار قراردادی منفی از آن اتم با الكترونگاتیوی بیشتر باشد.

مراحل رسم ساختار لوویس یك تركیب طی مراحل زیر صورت می گیرد.برای درك بهتر این مراحل ازمثال CH3OH استفاده می کنیم

مرحله اول: تعداد الكترون های لایه ظرفیت هریك از اتم های عناصر موجود در ساختار تركیب مورد نظر را مشخص می كنیم. الكترون های لایه ظرفیت هریك از اتم هابرابر شماره گروه آن اتم است.همچنین اگر تركیب دارای بار مثبت باشد به تعداد بارهای مثبت از كل الكترون های لایه ظرفیت اتم های تركیب كم می كنیم و در صورت منفی بودن بار تركیب به تعداد بارهای منفی به الكترون های لایه ظرفیت اضافه می كنیم.دراین مثال الكترون های لایه ظرفیت تركیب كه حاصل الكترون های لایه ظرفیت چهار اتم هیدروژن، یك اتم اكسیژن و یك اتم كربن است، برابر 14 الكترون می باشد.

تعداد الكترون های لایه ظرفیت: C+4H+O=4e+4e+6e=14e

مرحله دوم: از روی فرمول تركیب اتم مركزی را مشخص می كنیم.اتم مركزی اتمی است كه تعداد آن از بقیه كمتر ( اتم با اندیس كمتر ) و ظرفیت آن(عدداكسایش آن ) از بقیه بیشتر باشد. در صورتی كه دو اتم با تعداد كمتر و مساوی وجود داشته باشند هر كدام از آنها الكترونگاتیوی كمتری داشته باشد، اتم مركزی محسوب می شود. باید توجه كرد كه هیدروژن نمی تواند اتم مركزی باشد به خاطر اینكه فقط می تواند یك پیوند كووالانسی با اتم های دیگر تشكیل دهد. به طور مثال در مولكول CH3OH تعداد اتم های كربن و اكسیژن هر كدام برابر یك است اما چون الكترونگاتیوی كربن كمتر از اكسیژن است كربن اتم مركزی محسوب می شود.پس از تعیین اتم مركزی اتم های كناری موجود را در چهار جهت اصلی اتم مركزی قرار می دهیم و بین هر یك از اتم های كناری و اتم مركزی یك جفت الكترون به صورت نقطه قرار می دهیم كه هر جفت الكترون به صورت یك خط كوتاه نشان داده می شود.

نكته: اتم هیدروژن نمی تواند بعنوان اتم مركزی تعیین شود. درضمن هیدروژن متصل به اكسیژن ( گروه هیدروكسید ) و هیدروژن های متصل به اتم نیتروژن به ترتیب از طریق اتم اكسیژن و نیتروژن به اتم مركزی متصل می شوند.

مرحله سوم: با قرار دادن جفت الكترون های آزاد در اطراف هر یك از اتم های تركیب آن ها را به آرایش هشتایی پایدار می رسانیم به استثناء اتم هیدروژن كه با تشكیل پیوند كووالانسی ساده با اتم های دیگر به آرایش گاز هلیم می رسد.

مرحله چهارم: با استفاده از فرمول زير بار قراردادي هر يك از اتم هاي تركيب را تعيين مي كنيم.

مرحله پنجم: جمع جبری بارهای قراردادی اتم ها در یك تركیب خنثی بایستی برابر صفر و در یك یون جمع جبری بارهای قراردادی اتم ها بایستی برابر بار آن یون باشد. همچنین الكترون های پیوندی و غیر پیوندی موجود در ساختار لوویس رسم شده بایستی با الكترون های ظرفیت محاسبه شده در مرحله اول برابر باشد .

 چون در مثال ذكر شده اين تساوي برقرار است بنابراين ساختار لوويس رسم شده درست است.

توضيح 1: اگر تساوي ذكر شده در مرحله پنجم(برابر بودن بار كل تركيب با جمع جبري بارهاي قراردادي اتم هاي موجود در تركيب) برقرار نباشد از روي دو اتم مجاور هم كه با هم پيوند دارند يك زوج الكترون حذف مي كنيم و به جاي آن يك خط بين دو اتم مورد نظر رسم مي كنيم تا مرتبه پيوند بيشتر شود. سپس بارهاي قراردادي را دوباره حساب مي كنيم. اين عمل را تا جايي ادامه مي دهيم كه تساوي مورد نظر برقرار شود.
توضيح 2: اگر روي دو اتم تشكيل دهنده يك پيوند بار قراردادي مثبت و منفي قرار بگيرد پيوند از نوع داتيو است كه اتم داراي بار قراردادي مثبت دهنده
الكترون و اتم داراي بار قراردادي منفي گيرنده الكترون است.

روش دوم رسم ساختار لوویس

1- اتم مرکزی را در وسط و بقیه اتم ها را در کنار آن قرار دهید. برای تشخیص اتم مرکزی چند قاعده را رعایت می کنیم:

الکترونگاتیوی اتم مرکزی باید کمتر از بقیه باشد.
اتمی که تعداد کمتری در مولکول دارد به عنوان اتم مرکزی انتخاب می شود.
هیدروژن اتم مرکزی نمی تواند باشد.

2-الکترون های ظرفیت تمام اتم ها را در اطراف آن قرار می دهیم.

3-ترتیب اولویت اتصال اتم ها به اتم مرکزی: ابتدا هالوژن ها، بعدا اکسیژن و بعد بقیه اتم ها.

4-اگر به تعداد هالوژن ها روی اتم مرکزی الکترون فرد باشد، هر هالوژن با اشتراک گذاشتن تک الکترون خود با تک الکترون اتم مرکزی یک پیوند برقرار می کنند. اگر تعداد الکترون های تک روی اتم مرکزی کمتر از تعداد هالوژن ها باشد، اتم مرکزی برانگیخته می شود بدین صورت که جفت الکترون های اتم مرکزی از هم جدا می شوند و تک الکترون ها با هالوژن ها پیوند برقرار می کنند.

5-وقتی اولویت با اکسیژن باشد و اتم مرکزی دو الکترون فرد داشته باشد، اکسیژن با دو الکترون خود یک پیوند دوگانه با اتم مرکزی برقرار می کند. اگر تعداد الکترون های فرد روی اتم مرکزی کمتر از دو باشد، اکسیژن دو الکترون فرد خود را جفت کرده و با گرفتن جفت الکترون از اتم مرکزی یک پیوند داتیو برقرار می کتد.

6-بعضی از مولکول های نیتروژن دار مثل NO2 و NO تک الکترون جفت نشده روی اتم مرکزی دارند.

7- با برقراری پیوندها اغلب اتم ها به قاعدع هشتایی یا همان اکتت می رسند ولی بعضی از اتم ها در مواردی به اکتت نمی رسند مثل بور و نیتروژن و ….