루이스 구조 : 정의, 만드는 방법, 예 - 화학 - 2025

루이스 구조가 분자 또는 이온 내의 공유 결합 모두의 표현이다. 대부분의 경우 점은 공유되지 않은 전자에 해당하고 대시는 공유 결합에 해당하지만 이러한 결합과 전자는 점 또는 긴 대시로 표시됩니다.

그러나 공유 결합이란 무엇입니까? 그것은 주기율표의 두 원자 사이에 한 쌍의 전자 (또는 점)를 공유하는 것입니다. 이 다이어그램을 사용하면 주어진 화합물에 대해 많은 뼈대를 그릴 수 있습니다. 어느 것이 옳은지는 원자 자체의 공식적인 전하와 화학적 성질에 달려 있습니다.

2- 브로 모 프로판 화합물. Wikimedia Commons의 Ben Mills 작성.

위의 이미지에는 Lewis 구조가 무엇인지에 대한 예가 있습니다. 이 경우 대표 화합물은 2- 브로 모 프로판이다. 결합에 참여하는 전자와 공유되지 않는 전자 (Br 바로 위에있는 유일한 쌍)에 해당하는 검은 점을 볼 수 있습니다.

점 쌍 ":"이 긴 대시 "-"로 대체되면 2- 브로 모 프로판의 탄소 골격은 C – C – C로 표시됩니다. 왜 "분자 프레임 워크"가 아닌 C – H – H – C가 될 수 없습니까? 답은 각 원자의 전자적 특성에 있습니다.

따라서 수소는 단일 전자와 채울 수있는 단일 궤도를 가지고 있기 때문에 하나의 공유 결합 만 형성합니다. 따라서 두 개의 결합을 형성 할 수 없습니다 (수소 결합과 혼동하지 말 것). 다른 한편으로, 탄소 원자의 전자적 구성은 4 개의 공유 결합의 형성을 허용하고 요구합니다.

이러한 이유로 C와 H가 개입하는 루이스 구조는 일관되어야하며 전자 구성에 의해 제어되는 것을 존중해야합니다. 이런 식으로 탄소에 4 개 이상의 결합이 있거나 수소가 1 개 이상 있으면 스케치를 버릴 수 있고 현실에 맞는 새로운 스케치를 시작할 수 있습니다.

길버트 뉴튼 루이스가 실험 데이터에 충실한 분자 표현 인 분자 구조와 형식 전하를 찾기 위해 도입 한 이러한 구조에 대한 주요 모티프 또는 지지체 중 하나가 여기에 나타납니다.

기존의 모든 화합물은 Lewis 구조로 표시 될 수 있으며 분자 또는 이온이 어떤 형태 일 수 있는지에 대한 첫 번째 근사치를 제공합니다.

루이스 구조는 무엇입니까?

분자 구조에 대한 아이디어를 얻는 역할을하는 분자 또는 이온의 원자가 전자와 공유 결합의 대표적인 구조입니다.

그러나이 구조는 원자와 그 환경 (정사각형, 삼각 평면, 쌍 각뿔 등)에 관한 분자 기하학과 같은 몇 가지 중요한 세부 사항을 예측하지 못합니다.

마찬가지로 원자의 화학적 혼성화가 무엇인지에 대해서는 언급하지 않지만 이중 또는 삼중 결합이있는 위치와 구조에 공명이 있는지 여부를 알려줍니다.

이 정보를 통해 화합물의 반응성, 안정성, 분자가 반응 할 때 따르는 방법 및 메커니즘에 대해 논쟁 할 수 있습니다.

이러한 이유로 루이스 구조는 새로운 화학 학습이 응축 될 수 있기 때문에 고려를 중단하지 않고 매우 유용합니다.

어떻게 되나요?

구조, 공식 또는 루이스 다이어그램을 그리거나 스케치하려면 화합물의 화학식이 필수적입니다. 그것 없이는 그것을 구성하는 원자가 무엇인지조차 알 수 없습니다. 일단 그것과 함께, 주기율표는 그들이 속한 그룹을 찾는 데 사용됩니다.

예를 들어, 화합물 C ₁₄ O ₂ N ₃ 이있는 경우 탄소, 산소 및 질소가있는 그룹을 찾아야합니다. 이것이 완료되면 화합물이 무엇이든 원자가 전자의 수는 동일하게 유지되므로 조만간 기억됩니다.

따라서 탄소는 IVA 그룹에 속하고 산소는 VIA 그룹에, 질소는 VA 그룹에 속합니다. 그룹 번호는 원자가 전자 (점)의 수와 같습니다. 그들은 모두 원자가 쉘 옥텟을 채우는 경향이 있습니다.

옥텟 규칙은 무엇입니까?

이것은 원자가 안정성을 달성하기 위해 8 개의 전자로 에너지 준위를 완성하는 경향이 있음을 의미합니다. 이것은 모든 비금속 원소 또는 주기율표의 sop 블록에있는 원소에 적용됩니다.

그러나 모든 요소가 옥텟 규칙을 따르는 것은 아닙니다. 특별한 경우는 전이 금속으로, 그 구조는 공식 전하와 그룹 번호를 기반으로합니다.

비금속 원소의 원자가 쉘에있는 전자의 수, 루이스 구조가 작동 할 수있는 것.

수학 공식 적용

원소가 속한 그룹과 결합을 형성하는 데 사용할 수있는 원자가 전자의 수를 알면 루이스 구조를 그리는 데 유용한 다음 공식으로 진행합니다.

C = N-D

C는 공유 전자, 즉 공유 결합에 참여하는 전자를 의미합니다. 각 결합은 두 개의 전자로 구성되어 있으므로 C / 2는 그려야하는 결합 (또는 대시)의 수와 같습니다.

N은 원자가 원자가 쉘에서 동일한 기간에 뒤 따르는 고귀한 기체에 등 전자가되기 위해 필요한 전자입니다. H 이외의 모든 원소 (He와 비교하려면 두 개의 전자가 필요하기 때문에)에는 8 개의 전자가 필요합니다.

D는 원자가 전자의 그룹 또는 수에 의해 결정되는 사용 가능한 전자입니다. 따라서 Cl은 VIIA 그룹에 속하므로 7 개의 검은 색 점 또는 전자로 둘러싸여 있어야하며 결합을 형성하려면 한 쌍이 필요함을 명심하십시오.

원자, 그 점 및 C / 2 결합의 수를 가지면 Lewis 구조를 즉석에서 만들 수 있습니다. 그러나 추가적으로 다른 "규칙"에 대한 개념이 필요합니다.

최소 전기 음성 원자를 배치 할 위치

대부분의 구조에서 전기 음성이 가장 적은 원자가 중심을 차지합니다. 따라서 P, O 및 F 원자를 가진 화합물이있는 경우 P는 가상 구조의 중심에 있어야합니다.

또한 수소는 일반적으로 전기 음성이 높은 원자에 결합한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 화합물에 Zn, H 및 O가있는 경우 H는 Zn이 아닌 O와 함께 이동합니다 (Zn – O – H 및 H – Zn – O가 아님). 이 규칙에는 예외가 있지만 일반적으로 비금속 원자에서 발생합니다.

대칭 및 형식 하중

자연은 가능한 한 대칭적인 분자 구조를 만드는 것을 선호합니다. 이렇게하면 원자가 명백한 패턴을 따르지 않는 방식으로 배열 된 지저분한 구조를 만드는 것을 방지 할 수 있습니다.

예를 들어, A가 가상의 원자 인 화합물 C ₂ A _3의 경우 가장 가능성이 높은 구조는 A – C – A – C – A입니다. 양쪽의 대칭, 다른 쪽의 반사에 주목하십시오.

공식 전하는 특히 이온의 경우 루이스 구조를 그릴 때 중요한 역할을합니다. 따라서 원자의 공식 전하가 표시된 총 전하에 해당하도록 결합을 추가하거나 제거 할 수 있습니다. 이 기준은 전이 금속 화합물에 매우 유용합니다.

옥텟 규칙에 대한 제한

불안정한 화합물 인 삼 불화 알루미늄을 나타냅니다. 두 요소는 6 개의 전자로 구성되어 있으며 안정성을 얻기 위해 8 개가되어야 할 때 3 개의 공유 결합을 생성합니다. 출처 : Gabriel Bolívar

모든 규칙을 따르는 것은 아니며 반드시 구조가 잘못되었음을 의미하지는 않습니다. 이것의 전형적인 예는 IIIA 족 원소 (B, Al, Ga, In, Tl)가 관련된 많은 화합물에서 관찰됩니다. 불화 알루미늄 ALF ( ₃ ) 구체적으로는 여기에서 고려된다 .

그런 다음 위에서 설명한 공식을 적용하면 다음과 같습니다.

D = 1 × 3 (알루미늄 원자 1 개) + 7 × 3 (불소 원자 3 개) = 전자 24 개

여기서 3과 7은 알루미늄과 불소에 사용할 수있는 원자가 전자의 각 그룹 또는 수입니다. 그런 다음 필요한 전자 N을 고려하십시오.

N = 8 × 1 (알루미늄 원자 1 개) + 8 × 3 (불소 원자 3 개) = 전자 32 개

따라서 공유 전자는 다음과 같습니다.

C = N-D

C = 32-24 = 8 개의 전자

C / 2 = 링크 4 개

알루미늄은 최소 전기 음성 원자이기 때문에 중앙에 위치해야하며 불소는 하나의 결합 만 형성합니다. 이를 고려하면 AlF ₃ (상단 이미지) 의 Lewis 구조가 있습니다. 공유 전자는 비공유 전자와 구별하기 위해 녹색 점으로 강조 표시됩니다.

계산에 따르면 4 개의 결합이 형성되어야한다고 예측하지만 알루미늄에는 전자가 충분하지 않으며 네 번째 불소 원자도 없습니다. 결과적으로 알루미늄은 옥텟 규칙을 준수하지 않으며이 사실은 계산에 반영되지 않습니다.

루이스 구조의 예

요오드

요오드의 비금속은 각각 7 개의 전자를 가지고 있으므로 이들 전자 중 하나를 공유함으로써 안정성을 제공하는 공유 결합을 생성합니다. 출처 : Gabriel Bolívar

요오드는 할로겐이므로 VIIA 그룹에 속합니다. 따라서 그것은 7 개의 원자가 전자를 가지고 있으며,이 단순한 이원자 분자는 다음 공식을 즉석에서 또는 적용하여 나타낼 수 있습니다.

D = 2 × 7 (요오드 원자 2 개) = 전자 14 개

N = 2 × 8 = 16 개의 전자

C = 16-14 = 2 개의 전자

C / 2 = 1 링크

14 개의 전자 2 개가 공유 결합 (녹색 점 및 대시)에 참여하므로 12 개는 비공유 상태로 남아 있습니다. 그리고 그들은 두 개의 요오드 원자이기 때문에 그들 중 하나 (가가 전자)에 대해 6 개를 나누어야합니다. 이 구조는 기하학이 선형 인이 분자에서만 가능합니다.

암모니아

질소는 5 개의 전자를 가지고 있지만 수소는 1 개만 있습니다. 하나는 N에서, 다른 하나는 H로 구성된 3 개의 공유 결합을 설정하여 안정성을 달성하기에 충분합니다. 출처 : Gabriel Bolívar

암모니아 분자의 루이스 구조는 무엇입니까? 질소는 그룹 VA에 속하기 때문에 5 개의 원자가 전자를 가지며,

D = 1 × 5 (질소 원자 1 개) + 1 × 3 (수소 원자 3 개) = 전자 8 개

N = 8 × 1 + 2 × 3 = 14 개의 전자

C = 14-8 = 6 개의 전자

C / 2 = 링크 3 개

이번에는 링크 수 (녹색 링크 3 개)로 수식이 정확합니다. 8 개의 사용 가능한 전자 중 6 개가 결합에 참여하기 때문에 질소 원자 위에 위치한 공유되지 않은 쌍이 남아 있습니다.

이 구조는 암모니아 염기에 대해 알아야 할 모든 것을 말합니다. TEV 및 TRPEV에 대한 지식을 적용하면 기하학이 질소가없는 쌍에 의해 왜곡 된 사면체이고 따라서 이것의 혼성화는 sp ³ 이라고 추론 됩니다.

씨

출처 : Gabriel Bolívar

공식은 유기 화합물에 해당합니다. 공식을 적용하기 전에 수소는 단일 결합, 산소 2, 탄소 4를 형성하고 구조가 가능한 한 대칭이어야 함을 기억해야합니다. 이전 예제로 진행하면 다음이 있습니다.

D = 6 × 1 (수소 원자 6 개) + 6 × 1 (산소 원자 1 개) + 4 × 2 (탄소 원자 2 개) = 전자 20 개

N = 6 × 2 (수소 원자 6 개) + 8 × 1 (산소 원자 1 개) + 8 × 2 (탄소 원자 2 개) = 전자 36 개

C = 36-20 = 16 개의 전자

C / 2 = 링크 8 개

녹색 대시의 수는 8 개의 계산 된 링크에 해당합니다. 제안 된 루이스 구조는 에탄올 CH ₃ CH ₂ OH 의 구조입니다 . 그러나 훨씬 더 대칭적인 디메틸 에테르 CH ₃ OCH ₃ 의 구조를 제안하는 것도 옳았을 것 입니다.

둘 중 어느 것이 "더"맞습니까? 구조가 동일한 분자식 C ₂ H ₆ O의 구조 이성질체로 발생했기 때문에 둘 다 동일합니다 .

과망간산 이온

출처 : Gabriel Bolívar

전이 금속 화합물에 대한 루이스 구조를 만들고자 할 때 상황은 복잡합니다. 망간은 VIIB 그룹에 속하며 마찬가지로 사용 가능한 전자 중 음전하의 전자를 추가해야합니다. 우리가 가진 공식을 적용하면 :

D = 7 × 1 (망간 원자 1 개) + 6 × 4 (산소 원자 4 개) + 1 전자 x 전하 = 32 전자

N = 8 × 1 + 8 × 4 = 전자 40 개

C = 40-32 = 8 개의 공유 전자

C / 2 = 링크 4 개

그러나 전이 금속은 8 개 이상의 원자가 전자를 가질 수 있습니다. MNO에 대해 또한 ₄ ^- 이온가 마이너스 전하를 나타내고, 상기 산소 원자의 형식 전하를 감소시킬 필요가있다. 어떻게? 이중 결합을 통해.

MnO와의 모든 채권 경우 ₄ ^- 간단했다, 산소로의 형식 전하가 -1과 동일하다. 4 개가 있기 때문에 음이온의 경우 결과 전하는 -4가되며 이는 분명히 사실이 아닙니다. 이중 결합이 형성되면 단일 산소가 이온에 반영된 음의 형식 전하를 갖는 것이 보장됩니다.

과망간산 이온에는 공명이 있음을 알 수 있습니다. 이것은 유일한 단일 Mn – O 결합이 4 개의 O 원자 사이에서 비편 재화된다는 것을 의미합니다.

중크롬산 이온

출처 : Gabriel Bolívar

마지막으로, 중크롬산 염 이온 (Cr ₂ O ₇ ) 에서도 유사한 경우가 발생합니다 . 크롬은 VIB 그룹에 속하므로 6 개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 공식을 다시 적용 :

D = 6 × 2 (크롬 원자 2 개) + 6 × 7 (산소 원자 7 개) + 2 전자 x 2가 전하 = 56 전자

N = 8 × 2 + 8 × 7 = 72 개의 전자

C = 72-56 = 16 개의 공유 전자

C / 2 = 링크 8 개

그러나 8 개의 결합이 아니라 12 개의 결합이 있습니다. 발견 된 것과 같은 이유로 과망간산 염 이온에는 음의 형식 전하를 가진 두 개의 산소가 남아 있어야합니다.이 산소는 중크롬산 염 이온의 전하 인 -2가됩니다.

따라서 필요한만큼 이중 결합이 추가됩니다. 이런 식으로 Cr ₂ O ₇ ^2– 에 대한 이미지의 Lewis 구조에 도달합니다 .

참고 문헌

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. 화학. (8 판). CENGAGE Learning, 251 쪽.
2. 루이스 구조. 출처 : chemed.chem.purdue.edu
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