化学 - 路易斯结构

路易斯结构

• 书写

[一节课就会]lewis路易斯结构式的书写｜言简意赅｜适用于高中生、竞赛生、大学生

1. 计算所有原子的价电子总数（即 VB）。对于阴离子，每个负电荷加一个电子。对于阳离子，每个正电荷减一个。

2. 将可能产生连接的原子之间用单键相连。

3. 补全与中心原子直接相连的原子的 \(8\) 个电子（注意 \(\ce{H}\) 原子周围最多只有 \(2\) 个电子）。

4. 余下电子补在中心原子上，中心原子周围会多于 \(8\) 个电子也没有关系。

5. 如果中心原子最后没有形成八电子稳定结构，用与中心原子直接相连的原子 的未共用电子对形成多重键。

最常使用八隅体规则的原子有：碳、氮、氧、卤素、稀有气体、碱金属、碱土金属
不符合八隅体规则的情况有：二隅体（\(\ce{H,He}\)）、缺电子化合物（\(\ce{B}\) 比较常见）、自由基、第三周期以后的原子可以容纳多于 \(8\) 个电子、过渡金属使用十八电子规则。

6. 可以写成多种路易斯结构的情况，要通过形式电荷（即 FC）来比较不同结构式的贡献程度，选出占主导的结构式。

如何算一个结构式中一个原子的 FC？有公式：

\[\rm 形式电荷(FC) = 价电子总数(VE) - 键数(B) - 未成键电子数(NBE) \]

如何确定主导的路易斯结构？原子的形式电荷都接近 \(0\) 的路易斯结构式占主导；如果没有这样的结构式，则电负性大的原子带负的形式电荷占主导。

例如 \(\ce{CO2}\)，根据 [1~5] 可以写出两种结构式 \(\ce{O=C=O}\) 与 \(\ce{O-C#O}\)，计算 FC（左侧为 \(\ce{O=C=O}\)）：

| 原子 | VE | B | NBE | FC | \(|\) | 原子 | VE | B | NBE | FC |
| :------: | :--: | :--: | :--: | :--: | :--: | :------: | :--: | :--: | :--: | :--: |
| \(\ce{O}\) | \(6\) | \(2\) | \(4\) | \(0\) | \(|\) | \(\ce{O}\) | \(6\) | \(1\) | \(6\) | \(-1\) |
| \(\ce{C}\) | \(4\) | \(4\) | \(0\) | \(0\) | \(|\) | \(\ce{C}\) | \(4\) | \(4\) | \(0\) | \(0\) |
| \(\ce{O}\) | \(6\) | \(2\) | \(4\) | \(0\) | \(|\) | \(\ce{O}\) | \(6\) | \(3\) | \(2\) | \(+1\) |

注：当中心原子可以不符合八电子稳定结构时也应使用形式电荷来检验，如 \(\ce{ClO^-2}\) 应为 \(\ce{[O-Cl=O]-}\) 而不是 \(\ce{[O-Cl-O]-}\)，注意 \(\ce{Cl}\) 属于第三周期，开始出现 \(d\) 轨道，所以可以不是八电子结构。

• 应用

【选择性必修二】分子空间结构与中心原子杂化类型判断-招法解题|选择性必修二-适合高二与高三同学复习

例如，吡啶（）中，计算 VB \(=30\)，数一下键数发现只有 \(14\) 也就是 \(28\) 个电子，再看八电子稳定结构发现只有 \(\ce{N}\) 不满足，所以 \(\ce{N}\) 一定还有一个孤电子对。又因为题目（假设这里有一个题目）给定了吡啶中有 \(\Pi_6^6\) 的大 \(\pi\) 键，所以 \(\ce{N}\) 必须贡献一个包含一个电子的 \(2p\) 轨道，于是剩下的三个轨道就分别用于和两个 \(\ce{C}\) 形成 \(\sigma\) 键，以及容纳孤电子对了。至于为什么非得是 \(sp^2\)，因为题目给定了吡啶是类似苯环的六元环，所以 \(\ce{N}\) 周围键角应该大约是 \(120°\)，所以不能是 \(sp\) 的 \(180°\)。至于我为什么不考虑 \(\ce{N}\) 左侧的那个双键，额因为那个双键实际上描述的就是大 \(\pi\) 键啊。

题外话：给定结构式判断杂化方式，一个很重要的思考角度就是看键角。
注：孤电子对不一定参与杂化，这个要具体情况具体分析。例如 中，若题目给定所有原子共平面，则圈出来的 \(\ce{N}\) 为 \(sp^2\) 杂化，且 \(2p\) 轨道有一个孤电子对会参与构成大 \(\pi\) 键！