入門化学

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学習目標

このセクションの終わりまでに、あなたは次のことができます:

  • 中性原子とイオンのルイス記号を書く
  • 単純な分子の結合を描いたルイス構造を描く

我々は、原子および/またはイオンの間に形成される結合の様々なタイプを議論してきました。 すべての場合において、これらの結合は、原子間の価電子殻電子の共有または移動を含む。 このセクションでは、価電子殻電子と化学結合、すなわちルイス記号とルイス構造を描写するための典型的な方法を探求します。

ルイス記号

原子と単原子イオンの価電子配置を記述するためにルイス記号を使用します。 ルイス記号は、その価電子のそれぞれについて一つのドットで囲まれた元素記号で構成されています:

カルシウムのＬｅｗｉｓ構造を示した。 記号の右側には孤立電子対が示されています。

図1は、周期表の第三周期の元素のルイス記号を示しています。

三つの列と九つの行を持つ表が示されています。 ヘッダー行には、

図1が表示されます。 ルイス記号は、周期表の第三周期における各元素の価電子の数を示す。

ルイス記号は、ナトリウムとカルシウムのためにここに示されているように、原子からの陽イオンの形成を示すためにも使用することができます:

二つの図を示した。 左の図は、一つのドットを持つナトリウムのルイスドット構造を示し、右向きの矢印は、上付きのプラス記号、プラス記号、および文字

を持つナトリウム記号につ:

二つの図を示した。 左の図は7つのドットを持つ塩素のルイスドット構造を示し、

という文字は、イオン性化合物の形成中の電子の移動を示すルイス記号の使用を示

表は四つの行で示されています。 ヘッダー行には、

図2が表示されます。 カチオンは原子が電子を失うと形成され、ルイスドットが少なくなるのに対し、アニオンは原子が電子を得ることによって形成される。 電子の総数は変化しない。

ルイス構造

ルイス構造、分子と多原子イオンの結合を説明する図面に示されている共有結合の形成を示すためにルイス記号を使用します。 例えば、2つの塩素原子が塩素分子を形成するとき、それらは1対の電子を共有する:

ルイスドット図は反応を示しています。 2つの塩素記号は、7つの点で囲まれたそれぞれがプラス記号で区切られています。 最初の原子のドットはすべて黒で、2番目の原子のドットはすべて読み込まれます。 このフレーズは、,

ルイス構造は、各Cl原子が結合に使用されない3対の電子（孤立電子対と呼ばれる）と1つの共有電子対（原子間に書かれた）を有することを示している。 ダッシュ（または線）は、電子の共有ペアを示すために使用されることがあります:

二つのＬｅｗｉｓ構造を示した。 左の構造は、単結合で接続された二つのH原子を示しています。 右の構造は、単結合で接続され、それぞれが六つのドットで囲まれた二つのc l原子を示しています。

単一の共有電子対は単結合と呼ばれます。 それぞれのCl原子は8つの価電子と相互作用します：孤立電子対の6つと単結合の2つ。

オクテット則

他のハロゲン分子（F2、Br2、I2、およびAt2）は塩素分子のような結合を形成します：原子間の1つの単結合と原子あたりの3つの これは、各ハロゲン原子が希ガス電子配置を有することを可能にする。 主基原子が八価電子を得るのに十分な結合を形成する傾向は、オクテット則として知られている。

原子が形成できる結合の数は、オクテット（八価電子）に到達するために必要な電子の数から予測することができることが多い;これは特に周期表の第二周期（C、N、O、F）の非金属に当てはまる。 例えば、第14族元素の各原子は、その最外殻に四つの電子を有し、したがって、オクテットに到達するために四つのより多くの電子を必要とする。 これらの4つの電子は、Ccl4中の炭素（四塩化炭素）およびSih4中のケイ素（シラン）についてここに示されるように、4つの共有結合を形成することによ 水素は原子価殻を満たすために2つの電子しか必要としないので、オクテット則の例外である。 遷移要素と内部遷移要素もオクテット規則に従いません:

Ｌｅｗｉｓドット構造の二組を示した。 左の構造は、それぞれの周りに八つのドットを持つ十字形の五つのc lシンボルを示し、

という言葉の15族元素は、原子ルイスシンボルに五つの価電子を持っている：一つの孤立した対と三つの不対電子。 オクテットを得るために、これらの原子はNH3（アンモニア）のように3つの共有結合を形成する。 第16族の酸素および他の原子は、二つの共有結合を形成することによってオクテットを得る:

,

二重結合と三重結合

先に述べたように、原子のペアが一組の電子を共有するとき、これを単結合と呼びます。 しかし、原子のペアは、必要なオクテットを達成するために、電子の複数のペアを共有する必要があるかもしれません。 二重結合は、CH2O（ホルムアルデヒド）の炭素原子と酸素原子の間、およびC2H4（エチレン）の二つの炭素原子の間のように、一対の原子間で二対の電子が共有されているときに形成される。二対のルイス構造が示されている。 構造の左のペアは、二つの水素原子に単結合を形成する炭素原子を示しています。 C原子とO原子の間には4つの電子があります。 O原子には2対のドットもあります。

という言葉は、窒素ガス（N2）のように、三つの電子対が原子のペアによって共有されているときに三重結合が形成される。):

オクテット則

でルイス構造を書く非常に単純な分子と分子イオンのために、我々は単に構成原子上の不対電子をペアリングすることによってルイス構造を書くことができます。 これらの例を参照してください:

三つの反応をルイスドット図で示した。 最初のものは、赤い点が1つ、プラス記号が1つ、臭素が7つの点で示されています。そのうちの1つは赤で、右向きの矢印で水素と臭素との間に赤い点が1つずつ接続されています。 臭素にも3つの孤立した対があります。 第二の反応は、二つの水素原子と一つの硫黄原子に右向きの矢印で接続された二つの赤い点、プラス記号、六つのドットを持つ硫黄原子を示しています。 二つの水素原子と硫黄原子の間に二つの赤い点があります。 これらの点の両方のペアは赤です。 硫黄原子はまた、2つの孤立したドット対を有する。 第三の反応は、二つの窒素原子がそれぞれ五つのドットを持ち、そのうちの三つは赤であり、プラス記号で区切られ、互いに六つの赤い電子ドットを持つ二つの窒素原子に右向きの矢印で接続されている。 各窒素原子はまた、電子の一つの孤立電子対を持っています。

より複雑な分子や分子イオンについては、ここで概説したステップバイステップの手順に従うことが有用です:

  1. 原子価（外殻）電子の総数を決定する。
  2. 分子の骨格構造を描き、原子を中心原子の周りに配置します。 （一般的に、最も電気陰性度の低い要素は中央に配置する必要があります。）各原子を単結合（一つの電子対）で中心原子に接続する。
  3. 残りの電子を末端原子（水素を除く）上に孤立電子対として分配し、各原子の周りにオクテットを完成させる。
  4. 残りのすべての電子を中心原子に置きます。
  5. 可能な限りオクテットを得るために、外側の原子の電子を再配置して中心原子と多重結合を作ります。

上記の手順を使用してPbr3のルイス構造を決定しましょう:

  • ステップ1：原子価（外殻）電子の総数を決定する。

\ラージ\開始{アレイ}{l}\\ファントム{\ルール{0.8em}{0ex}}{\テキスト{PBr}}_{3}\\ファントム{\ルール{0.8em}{0ex}}\テキスト{P：5価電子/原子}\回\テキスト{1原子}=5\\下線{+\text{Br：7価電子/原子}\回\テキスト{3原子}=21}\\\\ファントム{\ルール{15。{0ex}}=\テキスト{26価電子}端\{アレイ}

  • ステップ2：分子の骨格構造を描き、原子を中心原子の周りに配置します。 （一般的に、最も電気陰性度の低い要素は中央に配置する必要があります。）各原子を単結合（一つの電子対）で中心原子に接続する。
Ｐｂｒ３のＬｅｗｉｓ図を示した。 一つのリンは三つの臭素原子に骨抜きにされました。
  • ステップ3：残りの電子を末端原子（水素を除く）上の孤立電子対として分配し、各原子の周りにオクテットを完成させる。
  • リンの単一の原子は、3つの臭素原子に結合しています。 各臭素原子は3つの孤立電子対を有する。ステップ4：残りのすべての電子を中心原子に配置する。
Pbr3のルイス構造を示した。 すべての原子はオクテットを持っています。 Phorphorusは3つの臭素に単独で結合しており、phorphorus原子は1つの孤立した対を持ち、各臭素は3つの孤立した対を持っています。

注：ステップ5：すべての原子がオクテットを持っているので、必要ありません。

CH2Oのルイス構造を決定しよう.

  • ステップ1: 原子価（外殻）電子の総数を決定する。

\ラージ\開始{アレイ}{l}\\ファントム{\ルール{0.8em}{0ex}}{\テキスト{H}_{2}}\テキスト{CO}\\ファントム{\ルール{0.8em}{0ex}}\テキスト{H：1価電子/原子}\回\テキスト{2原子}=2\\\テキスト{C：4価電子/原子}\回\テキスト{1原子}=4\\\下線{+\テキスト{O：6価電子/原子}\テキスト{1原子}=4\\\下線{+\テキスト{O：6価電子/原子}\テキスト{1原子}=4\\\下線{+\テキスト{O：6価電子/原子}\テキスト{1原子}=4\\\下線{+\テキスト{O：6価電子/原子}\テキスト{1原子}=4\\\下線{+\テキスト{O：6価電子/原子}\テキスト{1原子}=4\\\下線{+\テキスト{O：6価電子/原子}\時間\テキスト{1原子}=6}\\\ファントム{ルール{15.95em}{0ex}}=\テキスト{12価電子}端\{アレイ}

  • ステップ2：分子の骨格構造を描き、原子を中心原子の周りに配置します。 （一般的に、最も電気陰性度の低い要素は中央に配置する必要があります。）各原子を単結合（一つの電子対）で中心原子に接続する。
ルイス図が示されています。 中心原子は炭素で、1つの酸素と2つの水素に結合しています。
  • ステップ3：残りの電子を末端原子（水素を除く）上の孤立電子対として分配し、各原子の周りにオクテットを完成させる。
  • ステップ4：すべての電子が配置されているので、必要ありません。 しかし、炭素はオクテットを持たない、
  • ステップ5: 可能な限りオクテットを得るために、中心原子との多重結合を作るために外側の原子の電子を再配置します。

例1:ルイス構造の記述

NASAのカッシーニ・ホイヘンス計画は、土星の衛星の1つであるタイタンに有毒なシアン化水素(HCN)の大きな雲を検出しました。 これらの分子のルイス構造は何ですか？

ステップ1を表示

ステップ1：価電子の数を計算します。
: (1 × 1) + (4 × 1) + (5 × 1) = 10

ステップ2

ステップ2を表示します。 骨格を描き、原子を単結合で接続します。 Hは決して中心原子ではないことを忘れないでください:

ステップ3を表示する

ステップ3：必要に応じて、電子を末端原子に分配する：

HCN：N上に配置された六つの電子

ステップ4を表示

ステップ4：必要に応じて、残りの電子を中心原子に配置します:

HCN:電子は残っていません

ステップ5を表示

ステップ5を表示: 必要に応じて、各原子上にオクテットを得るために、電子を再配置して多重結合を形成する：
HCN：さらに二つのC–N結合を形成する

学習をチェック

二酸化炭素、CO2は化石燃料の燃焼の産物です。 CO2は地球規模の気候変動に関与しています。 CO2のルイス構造とは何ですか？

答えを表示

主な概念と概要

原子価電子構造は、ルイス記号（原子および単原子イオンの場合）およびルイス構造（分子および多原子イオンの場合）を描くことによ 孤立電子対、不対電子、および単結合、二重結合、または三重結合は、価電子がルイス構造の各原子の周りに位置する場所を示すために使用される。 ほとんどの構造、特に2番目の行の要素を含む構造は、すべての原子（Hを除く）が8つの電子に囲まれているオクテット則に従います。 オクテット則の例外は、奇数電子分子（フリーラジカル）、電子欠損分子、および超原子価分子に対して発生します。

演習

  1. 次の各イオンのルイス記号を書く:
    1. As3–
    2. I–
    3. Be2+
    4. O2–
    5. Ga3+
    6. Li+
    7. N3–
  2. 多くの単原子イオンは、以下の元素のリストから形成されたイオンを含む、海水中に見出される。 以下の元素から形成された単原子イオンのルイス記号を書く:
    1. Cl
    2. Na
    3. Mg
    4. Ca
    5. K
    6. Br
    7. Sr
    8. F
  3. 以下のイオン化合物のそれぞれのイオンのルイス記号と、それらが形成されている原子のルイス記号を書く：
    1. MgS
    2. Al2O3
    3. Gacl3
    4. K2O
    5. Li3N
    6. KF
  4. 以下に挙げるルイス構造において、MとXは周期表の第三周期における様々な元素を表す。 各元素の化学記号を使用して、各化合物の式を記述します:
    1. 二つのＬｅｗｉｓ構造を並べて示し，それぞれを括弧で囲んだ。 左の構造は、上付きの2つの正の符号を持つ記号Mを示しています。 右は四個の孤立電子対に囲まれた記号Xで、括弧の外側には上付きの二つの負の符号がある。
    2. 二つのＬｅｗｉｓ構造を並べて示し，それぞれを括弧で囲んだ。 左の構造は、上付きの3つの正の符号を持つ記号Mを示しています。 右の構造は、上付きの負の符号と下付きの三つの電子の孤立電子対で囲まれた記号Xを示しています。
    3. 二つのＬｅｗｉｓ構造を並べて示し，それぞれを括弧で囲んだ。 左の構造は、上付きの正の符号と括弧の外側の下付きの2つの記号を持つ記号Mを示しています。 右の構造は、括弧の外側に上付きの二つの負の符号を持つ四つの孤立電子対で囲まれた記号Xを示しています。
    4. 二つのＬｅｗｉｓ構造を並べて示し，それぞれを括弧で囲んだ。 左の構造は、上付きの三つの正の符号と括弧の外側の下付きの二つを持つ記号Mを示しています。 右の構造は、記号Xを四個の孤立電子対に囲まれ、上付きの二つの負の符号と下付きの三つの両方が括弧の外側にあることを示しています。
  5. 高温のリン蒸気中に見られる不安定な形態のリンである二原子分子P2のルイス構造を記述する。
  6. 以下のルイス構造を記述します。
    1. H2
    2. Hbr
    3. Pcl3
  7. 次のルイス構造を記述します。
    1. O2
    2. H2CO
    3. Asf3
    4. Sicl4
選択された回答

1. 各イオンのルイス記号は以下の通りである：

  1. 八電子：
    ルイスドット図は、ヒ素の記号、sを八つのドットと上付きの三つの負の符号で囲まれた図である。
  2. :
    ルイスドット図は、ヨウ素Iのシンボルを八つのドットと上付きの負の符号で囲まれたものを示しています。
  3. 電子なしBe2+
  4. 8電子
    ルイスドット図は、酸素の記号Oを8つのドットと上付きの2つの負の符号で囲まれて示しています。
  5. 電子がないGa3+
  6. 電子がないLi+
  7. 電子がない
    ルイスドット図は、窒素Nの記号を示しています。

3. ルイス記号は次のとおりです:

  1. 二つのＬｅｗｉｓ構造を示した。 左は上付きの2つの正の符号を持つ記号M gを示し、右は8つのドットと上付きの2つの負の符号で囲まれた記号Sを示しています。
  2. 二つのＬｅｗｉｓ構造を示した。 左は上付きの3つの正の符号を持つ記号A lを示し、右は8つのドットと上付きの2つの負の符号で囲まれた記号Oを示しています。
  3. 二つのＬｅｗｉｓ構造を示した。 左は上付きの3つの正の符号を持つ記号G aを示し、右は8つのドットと上付きの負の符号で囲まれた記号c lを示しています。
  4. 二つのＬｅｗｉｓ構造を示した。 左は上付きの正の符号を持つシンボルKを示し、右は八つのドットと上付きの二つの負の符号で囲まれたシンボルOを示しています。
  5. 二つのＬｅｗｉｓ構造を示した。 左は上付きの正符号を持つシンボルL iを示し、右は八つのドットと上付きの三負符号で囲まれたシンボルNを示しています。
  6. 二つのＬｅｗｉｓ構造を示した。 左は上付きの正の符号を持つシンボルKを示し、右は八つのドットと上付きの負の符号で囲まれたシンボルFを示しています。

ルイス図は二つのリン原子がそれぞれ一つの孤立電子対と三重結合していることを示している。

7. ルイス構造は以下の通りである:

  1. O2:
    ルイス構造は、二つの酸素原子が二重結合しており、それぞれが二つの孤立電子対を持っていることを示しています。
    この場合、ルイス構造は、実験的研究が各酸素分子に二つの不対電子を示しているという事実を描写するには不十分である。
  2. H2CO:
    ルイス構造は、二つの水素原子に単一結合し、酸素原子に二重結合した炭素原子を示しています。 酸素原子には2つの孤立電子対があります。
  3. Asf3:
    ルイス構造は三つのフッ素原子に結合したヒ素原子を示す。 各フッ素原子は孤立電子対を有する。
  4. Sicl4:
    ルイス構造は、四つの塩素原子に単一結合したケイ素原子を示す。 各塩素原子には3つの孤立電子対があります。
    二つのルイス構造が示されている。 左は4つの塩素原子に結合した炭素原子、それぞれが3つの孤立電子対を示しています。 右は、二つの孤立電子対を持つ酸素原子に二重結合した炭素原子を示しています。 炭素原子はまた、2つの塩素原子に結合した単一であり、それぞれが3つの孤立電子対を有する。

用語集

二重結合:二つの原子間で二対の電子が共有されている共有結合

フリーラジカル:奇数の電子を含む分子

超価分子:価電子殻に八つ以上の電子を有する少なくとも一つの主基元素を含む分子

ルイス構造:分子またはイオン中の孤立電子対と結合する電子対を示す図

ルイス記号: 元素またはイオン内の各価電子を表すためにドットを使用する単原子イオンのシンボル

孤立電子対:共有結合を形成するために使用されていない価電子のペア

オクテットルール:主要なグループ原子が八価電子が各核と相互作用する構造を形成することを示すガイドライン

単結合:単一結合で接続された両方の原子と相互作用するものとして結合電子を数える

単結合:単一結合がある結合電子のペアは、二つの原子の間で共有されています

三重結合: 二つの原子の間に三対の電子が共有されている結合

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