Определяне на Люисови структури

Това са инструкциите за чертане на точкови структури. Да кажем, че искаме да начертаем точковата структура на тази молекула, силиконов тетрафлуорид. Първото нещо, което трябва да направим, е да намерим общия брой валентни електрони. И ще покажем тези електрони в нашата точкова структура. За да намерим валентните електрони, трябва да разгледаме периодичната таблица. Тук имам модифицирана версия на периодичната таблица. И виждаш, че съм изрязал d блока тук, така че можем да се фокусираме върху елементите, които ще чертаем в точковите си структури. Също така е по-лесно да видим как номерът на групата съответства на броя валентни електрони. Например ако разгледаме елементите в първата група, като водород, литий или натрий, всички те ще имат един валентен електрон. Номерът на групата съответства на броя валентни електрони, които има един елемент. Водородът има един валентен електрон. Ако помислим за периодите, водородът е в първия период, или първото енергийно ниво. Периодите преминават хоризонтално през периодичната таблица. Водородът е в първа група, има един валентен електрон. И ако премина тук до хелия, хелият ще има два валентни електрона. В първото енергийно ниво можеш да събереш максимум два електрона. И това ще е важно, когато чертаем точковите си структури. Понеже когато чертаем водорода, винаги ще го ограждаме с 2 електрона, или единична ковалентна връзка. Когато вземеш втория период от периодичната таблица, тук сме във втория период, литият има един валентен електрон, берилият има два, боронът има три, въглеродът има четири, азотът има пет, кислородът има 6, флуорът има 7, а неонът – 8. Имаш повече орбитали във второто енергийно ниво. И поради това можеш да побереш повече електрони. Максимум 8 електрона във второто енергийно ниво. И тук влиза октетното правило. За елементи като въглерод, азот, кислород, флуор разбирането на октетното правило ще ти помогне, когато чертаеш точкови структури. Възможно е някои от елементите във втория период да нямат 8 електрона. Възможно е да имат по-малко от 8 електрона. Например като борона. Но не е възможно елементите да имат повече от 8 електрона. Винаги проверявай точковите си структури и се увери, че ако имаш един елемент във втория период, не превишаваш 8 електрона. В третия период имаш налични още повече орбитали. В първото енергийно ниво имаш само 1s орбитала. Във второто енергийно ниво имаш s и р орбитали. А в третото енергийно ниво имаш s, р и d орбитали. Можеш да събереш повече от 8 електрона. И следователно е възможно да превишиш октетното правило за елементи, които са в и след третия период. И ще видим няколко примера за това в това видео, а някои от тях ще дойдат оттук. Да се върнем към молекулата си, силиконов тетрафлуорид, ако искам да открия колко валентни електрони има в тази молекула, трябва да намерим тези елементи на периодичната таблица. Идвам ето тук и намирам силикон, и виждам, че е в група 4. Следователно един атом силикон има 4 валентни електрона. Флуорът е ето тук в седма група, следователно всеки атом флуор ще има 7 валентни електрона. И имам четири такива. 7 по 4 ми дава 28 валентни електрона за флуора. Общият брой валентни електрони за моята молекула ще е 28 + 4. Трябва да отчета 32 валентни електрона, когато чертая тази точкова структура. Нека преминем напред и да преминем към следващата стъпка. Нека се върнем тук горе и да разгледаме насоките. Открихме колко валентни електрона трябва да отчетем в точковата структура. Нямаме никакъв вид заряди, така че не трябва да се тревожим за останалата част от стъпка 1. Преминаваме към стъпка две, където решаваме кой е централният атом в точковата структура. И начинът да направим това е да изберем най-слабо електроотрицателния елемент, който имаме, а после да начертаем връзките. За нашия пример работим със силикон и флуор. И можем да намерим тези неща отново на периодичната таблица. Тук е флуорът. Флуорът е най-електроотрицателният елемент, следователно за силиконовия тетрафлуорид ще поставим силиконовия атом в центъра на точковата структура, след като е най-слабо електроотрицателният от тези двете. Тук ще започна със силикона. И знам, че силиконът има 4 връзки с флуорните атоми. Ще поставя няколко флуорни атома ето тук. Ето няколко атома флуор. Просто начертах четири ковалентни връзки. И знаем, че всяка ковалентна връзка представлява два валентни електрона. Ето ги двата валентни електрона, тоест това са общо 4, 6 и 8. Дотук в точковата си структура сме представили 8 валентни електрона. Първоначално трябваше да представим 32. Ще извадя 8 от 32. 32 - 8 ми дава 24. Сега трябва да отчета само 24 валентни електрона. Нека се върнем тук горе и да погледнем отново стъпките си. Нека намерим къде сме. Решихме кой е централният атом, начертахме връзките и просто извадихме електроните, които използвахме, за да начертаем тези връзки, от общия брой, който получихме в стъпка 1. Сега сме на стъпка три, където поставяме останалите електрони към крайните атоми. В този случай крайните атоми ще са флуорните. Нека се върнем тук долу и да разгледаме точковата структура. Флуорните ще са крайните атоми, като ще назначим електрони към тези флуорни атоми. Но колко трябва да "назначим"? Връщаме се към периодичната си таблица ето тук, флуорът е във втория период. Доста сигурно е да се обзаложим, че ще следва октетното правило. Трябва да оградим всеки флуорен атом с 8 електрона. Всеки флуорен атом вече има 2 електрона около себе си, така че ще поставя по още 6 около всеки флуорен атом, ето така. Всеки флуорен атом получава още 6 валентни електрона. И след като поставям 6 валентни електрона към 4 флуорни атома, 6*4 ми дава 24. Следователно отчетохме всички валентни електрони. И това тук трябва да е крайната точкова структура. Дори не трябва да продължаваме към стъпка 4 за тази молекула. Това е доста лесна за чертане молекула. Нека разгледаме друг пример. Сега имаме СН2О, каква е точковата структура за... каква е молекулната формула за формалдехида? И ако следваме насоките си тук, първото нещо, което трябва да направим, е да намерим валентните електрони. Трябва да намерим въглерода, водорода и кислорода на периодичната таблица. Нека се върнем тук горе и да намерим тези елементи. Това тук е въглерод. Въглеродът е в група 4, следователно въглеродът ще има 4 валентни електрона. Тук, в група 1, е водородът, тоест 1 валентен електрон. Кислородът е в група 6, тоест 6 валентни електрона. Нека се върнем обратно надолу и да изчислим общия брой валентни електрони, които трябва да представим в точковата си структура. Имаме 1 атом въглерод, това са 4 валентни електрона. Всеки водород е един валентен електрон, но имаме два такива, тоест 1*2. И всеки кислороден атом е 6, имаме 1 от тях, тоест 6. 6 + 4 + 2 е 12 валентни електрони. Трябва да представим 12 валентни електрони в точковата си структура. Добре. Нека се върнем обратно към насоките си и да видим докъде сме в момента. Вече намерихме общия брой валентни електрони. Отново, нямаме никакви заряди, така че не трябва да се тревожим за останалата част от стъпка 1. Стъпка 2 е да определим централния атом, който е най-слабо електроотрицателен. И, помни, ще игнорираш водорода за този пример. Ако игнорираме водорода, централният атом ще е въглерод или кислород. Нека разгледаме периодичната таблица, за да намерим относителните им стойности. Кислородът е по-електроотрицателен от въглерода. Готово. Тук е кислородът, точно до флуора. И ето тук е въглеродът. Помни моделите си за електроотрицателност. Кислородът е по-електроотрицателен, следователно въглеродът ще е в центъра на точковата си структура. Така че ще продължим нататък и ще поставим въглерода в центъра. Продължаваме и чертаем въглерод. И знаем, че въглеродът ще е свързан с два водородни атома. И знаем, че въглеродът ще е свързан с един кислороден атом. Да видим колко валентни електрони сме отчели дотук. 2, 4 и 6. Трябват ни 12. Току-що използвахме 6. Сега имаме останали 6 валентни електрони. Нека се върнем обратно нагоре и да погледнем следващата стъпка. Сега сме до стъпка 3. "Назначи останалите електрони до крайните атоми." Крайните атоми. В този случай крайните ни атоми ще са водород и кислород. Но няма да назначим електрони към водорода, понеже всеки водороден атом в момента е ограден от два електрона. И следователно ще назначим останалите електрони към кислорода. Кислородът ще следва октетното правило. Вече има два електрона, трябват му още 6. 2, 4 и после 6. И така се погрижихме за всички валентни електрони. Отчетохме всички 12 от тях. Но не сме готови с точковата си структура. Въглеродът всъщност следва октетното правило почти през цялото време. Нека се върнем обратно горе и да разгледаме стъпка 4. В стъпка 4, ако централният атом няма един октет – и обикновено няма един октет – можеш да му дадеш октет, като създадеш множество връзки. Нека разгледаме какво имаме дотук в точковата си структура и да видим дали някак можем да създадем множество връзки. Ако взема една от тези електронни двойки тук и ги придвижа тук, да видим какво ще ни даде това в точковата структура. Сега имам въглерод с двойна връзка с кислороден атом. И този кислороден атом ще има две йонни двойки електрони. И следват тези водородни атоми тук. И това ще е правилната точкова структура за формалдехида. Имаш октет електрони около въглерода. Имаш октет електрони около кислорода. И водородът има два електрона около себе си, и е доволен с тях. Това е правилната точкова структура. И нека набързо поговоря за малко терминология. Тези електрони тук, това ще е двойна връзка между въглерод и кислород, тези електрони ще наречеш свързващи електрони. Понеже, очевидно, те са включени в свързването. И после тези електрони тук отвън ще са несвързващи електрони, или йонни двойки електрони. Това е терминология, която ще чуеш хората да използват, когато говорят за точкова структура. Добре. И нека подчертая факта, че въглеродът има един октет електрони. Това ще са 2, 4, 6 и 8 електрона, ограждащи въглерода ни. Добре. Нека направим още един пример. Нека разгледаме един йон този път. Това ще един катион ксенонен пентафлуорид. Трябва да намерим ксесон и флуор на периодичната си таблица. Можем да намерим с колко валентни електрони си имаме работа. Нека първо намерим ксенона. Тук е ксенонът. Той е в група 8, тоест за ксенона има 8 валентни електрони. И сме виждали, че флуорът, разбира се, е в група 7. Нека се върнем обратно надолу и да намерим колко валентни електрона трябва да отчетем. Имаме един ксенонен атом, това са 8 валентни електрона. Всеки флуор е 7 и имаме пет такива. 7*5 е 35. Имаме 35 + 8, което ни дава 43. Това не е общият брой електрони, които ще отчетем, понеже това е йон. Това е +1, положителен заряд. Което означава, че сме загубили един електрон. Помни, електронът е отрицателно зареден, така че ако загубиш един отрицателен заряд, имаш останал един положителен заряд. И ще премахнем един електрон. Вместо 43, сега ще отчетем 42 в точковата си структура. Нека се върнем обратно към насоките си. Ще ти покажа къде е записано това. Намираме общия брой валентни електрони и после, в този случай имахме положителен заряд в нашия йон. Извадихме един електрон. И после, отново, стъпка две, намери централния атом, най-слабо електроотрицателния. Добре. Знаем, че флуорът е най-електроотрицателният, което означава, че ще поставим ксенона в центъра. Нека освободим малко място тук. Ще поставим ксенона в центъра ето така. Стъпка 2 – 5 флуорни атома и можем да поставим тези връзки тук наоколо. Колко валентни електрона отчетохме дотук? Да видим. Това ще са 2, 4, 6, 8 и 10. Трябваше да представим 42, представихме 10. Имаме останали 32, които трябва да представим. И, забележи, ксенонът вече нарушава октетното правило. Той превишава октетното правило. И това е наред. Той може да разшири външния си слой, понеже ксенонът е след третия период на периодичната таблица, очевидно, както говорихме по-рано. И можем да преминем към следващата стъпка. Ще назначим останалите електрони към крайните атоми. И крайните ни атоми са, разбира се, флуорните, за които знаем, че ще следват октетното правило. И, отново, всеки флуорен атом има два електрона около себе си. Това означава, че ще дам на всеки от другите флуорни атоми още 6. Ще поставя още 6 валентни електрони към всеки от флуорните атоми. И после, когато помисля колко валентни електрони трябва да представя, имам още 6 на 5 флуорни атома. 6*5 е 30. Представих още 30 електрона. И това означава, че са ми останали 2. Два останали валентни електрона. Не сме имали тази ситуация преди. Нека се върнем обратно към насоките си, за да освежим паметта си. Какво правим, когато имаме останали електрони след стъпка 3? Стигаме до стъпка 4. Ако е нужно, в този случай е, тогава ще назначим всички останали електрони към централния атом. И ако централният атом има един октет или надвишава един октет, което е така в този пример, обикновено е готово. И няма да се тревожим за формалните заряди в това видео, ще говоря за тях в следващото видео. Ще вземем тези два електрона и ще ги назначим към нашия ксенон. Нека се върнем тук долу и да назначим тези два допълнителни електрони към ксенона. И можем да го начертаем ето така. И сме готови, представихме всички 42 валентни електрони, които трябваше. Можеш да преброиш всички тези, ако желаеш. Повечето хора ще представят тази точкова структура като поставят скоби тук. И като поставят положителен заряд извън тях. Ето го катиона ксенонен пентафлуорид. Ще направим още много примери върху чертаенето на точкови структури в следващите няколко видеа, и ще видим как чертаенето на точкови структури ти позволява да прогнозираш формите на различни молекули.