ساختار عنصر لوویس:
ساختار لوویس یا لوئیس (Lewis structure) ساختاری است که در آن عناصر را به وسیله نماد اتمی آن عنصر، پیوند های کووالانسی را به وسیله خط و الکترون های ظرفیتی غیر پیوندی را با نقطه در کنار نماد شیمیایی عنصر نشان می دهند. در واقع این ساختار نموداری است که آرایش الکترون های والانس را در اطراف اتم های یک مولکول نمایش می دهد.
ساختار لوویس به پاس زحمات دانشمند آمریکایی، گیلبرت نیوتن لوویس (Gilbert Newton Lewis) که نظریه پیوند های شیمیایی (پیوند کووالانسی) را بیان کرد به این نام نامیده شد. در حقیقت او پیشنهاد داد که اتم ها به کمک اشتراک الکترون می توانند به آرایش اکتت در لایه والانس خود دست یابند و در نتیجه پایدار شوند.
ساختار لوئیس در واقع موقعیت اتم های یک مولکول نسبت به یکدیگر، تعداد و جایگاه پیوند های سیگما (یگانه) و همچنین پیوندهای پای (دوگانه و سه گانه) و در نهایت تعداد و موقعیت الکترون های غیر پیوندی را نشان می دهد. این ساختار به نام های ساختار الکترون نقطه (electron dot structure) و ساختار پیوند ظرفیتی (Valence-bond structure) نیز مشهور می باشد. لازم به ذکر است که در این ساختار بار قراردادی نیز نمایش داده می شود.
برای رسم ساختار لوویس روش های مختلفی وجود دارد. اما ذکر این نکته مهم می باشد که تمام این روش ها بر این اساس استوارند که عناصر نافلزی بر طبق قاعده هشتایی تمایل دارند که تعداد هشت الکترون در لایه ظرفیت خود داشته باشند.
نمایش پیوندهای کووالانسی در ساختار لوویس:
در ساختار لوویس، هر الکترون لایه ظرفیت در ترکیب را با یک نقطه نشان می دهند. زمانیکه دو اتم در پیوند کووالانسی درگیر شوند، الکترون هایی که پیوند کووالانسی تشکیل می دهند (الکترون های اشتراکی) دیگر به یک اتم تنها تعلق ندارند و متعلق به دو هسته می باشند.
زمانیکه مولکول بزرگ تر شود، رسم تمام الکترون های لایه والانس در اطراف همه اتم های ترکیب دشوار و غیر ممکن خواهد بود. بنابراین برای راحتی بیشتر، جفت الکترون های پیوندی را با یک خط نشان می دهند.
حال اگر اتم ها در هنگام تشکیل پیوند دو یا سه الکترون به اشتراک بگذارند به ترتیب پیوند های دو گانه و سه گانه تشکیل می شود. در نتیجه پیوند های دو گانه را به کمک دو خط و پیوند های سه گانه را با سه خط که بین دو اتم کشیده می شود نشان می دهند. به مثال های زیر توجه کنید.
در برخی عناصر، جفت الکترون هایی وجود دارند که در تشکیل پیوند کووالانسی نقشی ندارند، بنابراین متعلق به یک هسته می باشند. این جفت الکترون ها که به الکترون های ناپیوندی (Lone Pairs) مشهورند را به صورت دو نقطه در ساختار لوویس نشان داده می شوند.
تعیین اتم مرکزی:
در قدم اول به کمک فرمول شیمیایی ترکیب، اتم مرکزی مشخص می شود. اتم مرکزی اتمی است که تعداد آن در فرمول کمتر از تعداد بقیه اتم ها باشد. حال اگر دو اتم با تعداد کمتر و مساوی در فرمول وجود داشته باشد، اتمی به عنوان اتم مرکزی در نظر گرفته می شود که ظرفیت (عدد اکسایش) آن اتم بیشتر و از طرفی الکترونگاتیویته آن کمتر باشد.
به عنوان مثال در ترکیب CH3OH، تعداد اتم های کربن و اکسیژن در ترکیب مساوی و هر کدام برابر با یک می باشد. به دلیل الکترونگاتیویته کمتر اتم کربن نسبت به اتم اکسیژن، کربن به عنوان اتم مرکزی در نظر گرفته می شود. توجه داشته باشید که اتم هیدروژن هیچ زمان نمی تواند به عنوان اتم مرکزی انتخاب شود.
شمارش کل الکترون های ظرفیت:
در قدم دوم تعداد الکترون های لایه والانس هر یک از اتم های موجود در ترکیب مورد نظر مشخص می شود. توجه داشته باشید که بار مولکول در ترکیبات باردار نیز لحاظ شود. در این صورت اگر ترکیب بار مثبت داشته باشد به تعداد بارهای مثبت، از کل الکترون های لایه والانس کم می شود.درحالی که اگر ترکیب دارای بار منفی باشد، به تعداد بارهای منفی به تعداد کل الکترون های لایه والانس اضافه می شود.
لازم به ذکر است که برای عناصر اصلی در جدول تناوبی، تعداد الکترون های ظرفیت برابر با شماره گروه عنصر مورد نظر می باشد. به عنوان مثال یون نیتریت را در نظر گرفته و تعداد کل الکترون های ظرفیتی محاسبه شده است.
تعیین تعداد الکترون های لازم برای آرایش هشتایی:
در این مرحله، جفت الکترون های ناپیوندی را در اطراف هر یک از اتم های ترکیب قرار می دهند تا همه اتم ها به آرایش هشتایی پایدار برسند. توجه داشته باشید که اتم هیدروژن با تشکیل پیوند کووالانسی ساده با سایر اتم ها به آرایش گاز هلیم می رسد (برای هیدروژن دو الکترون در نظر گرفته می شود). بنابراین با در نظر گرفتن دو الکترون برای اتم های هیدروژن و هشت الکترون برای اتم های غیر هیدروژن، تعداد الکترون های لازم برای هشتایی شدن به دست می آید.
تعیین تعداد الکترون های پیوندی:
اگر تعداد کل الکترون های ظرفیت را منهای تعداد کل الکترون های لازم برای آرایش هشتایی شود تعداد الکترون های پیوندی به دست می آید. مثلا همان یون نیتریت را در نظر بگیرید.
تعیین تعداد پیوند:
اگر تعداد الکترون های پیوندی که در مرحله قبل به دست آمده است، تقسیم بر دو شود تعداد پیوند ها مشخص می شود. همانطور که مشخص است تعداد پیوندها در یون نیتریت برابر با سه (3 = 6/2) می باشد.
تعیین تعداد الکترون های ناپیوندی:
اگر تعداد کل الکترون های والانس منهای تعداد الکترون های پیوندی شود، تعداد الکترون های غیر پیوندی محاسبه می شود. این الکترون های ناپیوندی را به صورت نقطه در اطراف اتم های ترکیب قرار می دهند تا تمام اتم ها هشتایی شوند.
رسم ساختار اولیه مولکول:
ابتدا باید ساختاری ساده با پیوند های یگانه رسم کرد. برای رسم ساختار اولیه از راهنمایی مسئله، اطلاعات شخصی و یا حدس زدن کمک می گیرند. در ساختار اولیه، اتم مرکزی در مرکز قرار می گیرد و سایر اتم ها در اطراف آن نوشته می شوند. بین اتم مرکزی با اتم های اطراف یک خط تیره که نشان دهنده جفت الکترون اشتراکی است کشیده می شود.
قبل از اینکه سراغ مرحله بعد برویم، به مقایسه تعداد الکترون های باقی مانده و تعداد الکترون های لازم در ترکیب پرداخته می شود. در این قسمت سه حالت ممکن ایجاد می شود:
با توجه به الکترون های یون نیتریت مشخص می شود که تعداد الکترون های باقی مانده بیشتر از تعداد الکترون های لازم است. با محاسبه مشخص می شود که اختلاف آنها برابر با دو می باشد، بنابراین یک پیوند پای در ساختار قرار داده و بعد از آن تمام اتم ها را به هشتایی می رسند.
تعیین بار قراردادی:
برای محاسبه بار قراردادی هر اتم در یک ترکیب می توان از معادله زیر استفاده نمود:
بنابراین ساختار نهایی لوویس یون نیتریت به شکل زیر است. هر دو ساختار، ساختار لوویس یون نیتریت را نشان می دهند. تنها تفاوت دو ساختار در محل قرار گرفتن پیوند دوگانه می باشد. اما در واقع احتمال دو ساختار با یکدیگر برابر می باشد و قابل تبدیل به یکدیگر می باشند.
لازم به ذکر است که هیچ کدام از دو ساختار (ساختار های رزونانسی) شکل واقعی یون نیتریت را ارائه نمی دهند. در نتیجه حالت واقعی به صورت یک هیبرید رزونانس می باشد که میانگین دو شکل رزونانسی است.
توجه داشته باشید که جمع ریاضی بارهای قراردادی اتم ها در یک ترکیب خنثی برابر با صفر و در یک یون برابر با بار آن یون می باشد. لازم به ذکر است که توزیع بار قراردادی مثبت و منفی با الکترونگاتیویته اتم ها باید هماهنگ باشد. در نتیجه بار قراردادی مثبت به اتم با الکترونگاتیویته کمتر و بار قراردادی منفی به اتم با الکترونگاتیویته بیشتر نسبت داده می شود.
نکاتی برای رسم ساختار لوویس:
در هنگام رسم ساختار لوویس ترکیبی که در آن بار قراردادی وجود ندارد انتخاب می شود. از طرفی ساختار لوویسی که بارهای قراردادی کوچک تری دارد نسبت به ساختاری که بارهای قراردادی آن بزرگ است مناسب تر می باشد. همچنین اتم هایی که با یکدیگر پیوند دارند (دو اتم مجاور هم) نباید بار قراردادی همنام داشته باشند.
لازم به ذکر است که تعداد الکترون های پیوندی و نا پیوندی موجود در ساختار لوویس رسم شده باید با تعداد الکترون های ظرفیت محاسبه شده در مراحل قبل برابر باشد. علاوه بر آن اتم های هیدروژن و فلوئور فقط با یک اتم پیوند می دهند و در بخش انتهایی (یا بیرونی) ترکیب قرار می گیرند.
سایر هالوژن ها یعنی کلر، برم و ید نیز با برقراری تنها یک پیوند در بخش انتهایی ترکیب قرار می گیرند. اما اگر این اتم ها نقش اتم مرکزی را داشته باشند، بنابراین بیش از یک پیوند تشکیل خواهند داد. یون های -H-، F-، Cl- و +H همیشه پیوند داتیو می دهند. در مورد ترکیبات باردار، کل ساختار رسم شده درون کروشه قرار گرفته و بار آن ترکیب در گوشه بالا و سمت راست کروشه نوشته می شود.
با توجه به قواعد گفته شده در انتخاب اتم مرکزی، در این ترکیب اتم کربن به عنوان اتم مرکزی در نظر گرفته می شود.
تعیین بار قراردادی:
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
