9.9 : تركيبات لويس للمركبات الجزيئية والأيونات متعددة الذرات

لرسم هياكل لويس للجزيئات المعقدة والأيونات الجزيئية، من المفيد اتباع الإجراء خطوة بخطوة كما هو موضح:

1. حدد العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ (الغلاف الخارجي). بالنسبة للكاتيونات، اطرح إلكتروناً واحداً لكل شحنة موجبة. بالنسبة للأنيونات، أضف إلكتروناً واحداً لكل شحنة سالبة.
2. ارسم شكلاً هيكلياً للجزيء أو الأيون، مع ترتيب الذرات حول ذرة مركزية. (بشكل عام ، يجب وضع أقل عنصر كهرسلبي في المركز.) قم بتوصيل كل ذرة بالذرة المركزية برابطة واحدة (زوج إلكترون واحد).
3. وزع الإلكترونات المتبقية كأزواج وحيدة على الذرات الطرفية (باستثناء الهيدروجين)، مع استكمال مجموعة ثمانية حول كل ذرة.
4. ضع كل الإلكترونات المتبقية على الذرة المركزية.
5. أعد ترتيب إلكترونات الذرات الخارجية لعمل روابط متعددة مع الذرة المركزية للحصول على مجموعة ثمانية كلما أمكن ذلك.

على سبيل المثال، ضع في الاعتبار SiH₄ و CHO₂^– ، NO⁺ و OF₂ كأمثلة يمكن من أجلها تطبيق هذا المبدأ التوجيهي العام لتحديد هياكل لويس الخاصة بهم.

1. تحديد العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ (الغلاف الخارجي) في الجزيء أو الأيون. & nbsp؛

بالنسبة لجزيء مثل SiH₄، يتم إضافة عدد إلكترونات التكافؤ على كل ذرة في الجزيء: & nbsp؛

= [4 تكافؤ e⁻/Si atom × 1 Si atom] + [ 1 تكافؤ e⁻/H atom × 4 H atoms] = 8 تكافؤ e⁻

CHO₂^–

بالنسبة للأيون السالب، مثل  CHO₂^–، تتم إضافة عدد إلكترونات التكافؤ على الذرات إلى عدد الشحنات السالبة على الأيون (يتم اكتساب إلكترون واحد لكل شحنة سالبة):

= [4 تكافؤ e⁻/C atom × 1 C atom] + [1 تكافؤ e⁻/H atom × 1 H atom] + [6 تكافؤ e⁻/O atom × 2 O atoms] + [1 additional e⁻] = 18 تكافؤ e⁻

NO⁺

بالنسبة إلى أيون موجب ، مثل NO+، يتم إضافة عدد إلكترونات التكافؤ على الذرات في الأيون، متبوعاً بطرح عدد الشحنات الموجبة على الأيون (يُفقد إلكترون واحد مقابل كل شحنة موجبة واحدة) من العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ:

= [5 تكافؤ e⁻/N atom × 1 N atom] + [6 تكافؤ e⁻/O atom × 1 O atom] + [−1 e⁻] = 10 تكافؤ e⁻

OF₂ 

OF₂ نظراً لكونه جزيئاً محايداً، يتم ببساطة إضافة عدد إلكترونات التكافؤ:

= [6 تكافؤ e⁻/O atom × 1 O atom] + [7 تكافؤ e⁻/F atom × 2 F atoms] = 20 تكافؤ e⁻

2. ارسم جدولاً هيكلياً للجزيء أو الأيون، ورتب الذرات حول ذرة مركزية وربط كل ذرة بالذرة المركزية برابطة واحدة (زوج إلكترون واحد). (لاحظ أنه يتم الإشارة إلى الأيونات بأقواس حول الهيكل، والشحنة الأيونية خارج الأقواس:)
   
   في الحالات التي تكون فيها عدة ترتيبات للذرات ممكنة ، كما هو الحال في CHO₂⁻، يتم استخدام الدليل التجريبي لاختيار الترتيب الصحيح. بشكل عام، من المرجح أن تكون العناصر الأقل كهرسلبية هي ذرات مركزية. في  CHO₂⁻، تحتل ذرة الكربون  الأقل كهرسلبيّة الموقع المركزي مع ذرات الأكسجين والهيدروجين المحيطة بها. تشمل الأمثلة الأخرى P في POCl₃, S in SO₂، و Cl في  ClO₄⁻. استثناء هو أن الهيدروجين لا يكاد يكون ذرة مركزية. باعتباره العنصر الأكثر كهرسلبية، لا يمكن أن يكون الفلور أيضاً ذرة مركزية.
3. وزع الإلكترونات المتبقية كأزواج وحيدة على الذرات الطرفية (باستثناء الهيدروجين) لإكمال غلاف التكافؤ بثمانية إلكترونات. (مع عدم وجود إلكترونات متبقية على SiH₄، لم يتغير هيكلها.)
   <
4. ضع كل الإلكترونات المتبقية على الذرة المركزية. & nbsp؛
   • بالنسبة إلى SiH₄,  CHO₂⁻,  و NO⁺ ، هناك لا توجد إلكترونات متبقية. بالنسبة لـ OF₂، من بين 16 إلكتروناً متبقياً، يتم وضع 12 إلكتروناً، وبالتالي يتم وضع 4 إلكترونات على الذرة المركزية:
     
5. إعادة ترتيب إلكترونات الذرات الخارجية لعمل روابط متعددة مع الذرة المركزية، للحصول على مجموعة ثمانية كلما أمكن ذلك.  ؛
   • SiH₄: يحتوي Si بالفعل على مجموعة ثمانية، لذا لا يلزم فعل أي شيء. & nbsp؛
     
   • CHO₂⁻: nbsp؛ يتم توزيع إلكترونات  التكافؤ كأزواج وحيدة على ذرات الأكسجين، لكن ذرة الكربون تفتقر إلى مجموعة ثمانية. & nbsp؛
     
   • ومن ثم، يتم التبرع بزوج واحد من الإلكترونات من أحد الأكسجين إلى ذرة الكربون لتشكيل رابطة مزدوجة. اعتماداً على ذرة الأكسجين التي تبرعت بالإلكترونات، يمكن أن يكون هناك هيكلان محتملان، يطلق عليهما هياكل الرنين.
   • NO ⁺ : بالنسبة لهذا الأيون، تتم إضافة ثمانية إلكترونات تكافؤ، لكن لا تحتوي أي من الذرة على مجموعة ثمانية. لا يمكن إضافة إلكترونات إضافية نظراً لاستهلاك إجمالي الإلكترونات بالفعل. في هذا السيناريو، يجب تحريك الإلكترونات لتشكيل روابط متعددة. تحتوي ذرة النيتروجين على زوجين منفردين من الإلكترونات وذرة الأكسجين بها زوج واحد. & nbsp ؛
     
   • لا يزال هذا لا ينتج مجموعة ثمانية، لذلك يجب تحريك زوج آخر لتكوين رابطة ثلاثية.
     & nbsp؛
   • في OF₂، لا شيء يتغير لأن كل ذرة تحتوي بالفعل على مجموعة ثمانية.
     

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 7.3: Lewis Symbols and Structures.