专栏/猫也能明白的有机化学—基础篇4:Lewis结构

猫也能明白的有机化学—基础篇4:Lewis结构

2020-09-18 21:31--阅读 · --喜欢 · --评论
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本系列专栏主要内容翻译并转载自nikukyu-的《猫でもわかる有機化学——有機化学について基礎から解説します》,翻译为:《即使是猫也能明白的有机化学——从基础开始解说有机化学》(简称猫也能明白的有机化学),已获得nikukyu-的授权并同意加入注解(用红字表示):(本系列专栏更新频率随缘,日语能力为N+∞

序言部分:CV7564560

基础篇1-原子轨道:CV7570657

基础篇2-分子轨道:CV7604459

基础篇3-混合轨道:CV7637646

这次更新基础篇4:Lewis(路易斯)结构

原链接:http://xn--u8jvc1drbs0514cvfm43vv1giwx.net/lewis-structure/

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照教科书说,

Lewis结构是只通过原子和价电子(最外层电子)来表示分子或离子的方法

只有这句话该如何理解?所以请先看一下关于价电子(最外层电子)的解说。

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关于价电子(最外层电子)

以铝为例子:

如上图所述,铝的价电子数就是2+1=3个

即使在考试中忘记了原子的价电子数,只要想起了原子序号就可以推导出价电子数(前提是要对原子轨道理论非常熟悉)

那么接下来开始正片

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下图左侧是一般的构造式(也称为kekule(凯库勒)结构) 右侧为路易斯结构。


构造式(kekule结构)是为了将原本立体的构造在桌上表现出来

强行转换成二次元(降维打击,好让我们在纸上画出一个分子大致的构造)

所以并不是完全正确的形状

但是就像原子轨道上也存在的那样,如果在视觉上不容易理解的话,很难进入大脑从而让人记住

从这一点来看,这是一种思考的表现方法。

那么为什么既然已经有了kekule构造这种看起来简单易懂的表达,却硬要考虑Lewis结构呢?

那是因为Lewis结构可以用简单易懂的方式来表达“哪个原子的哪个电子没有结合起来?“这样的事情。

稍微改变一下话题,首先介绍一下在书写Lewis结构时的一种便捷的思考方式

即书写时要满足”八隅体规则“(每个原子周围都有8个电子)即可※H原子除外(只需要两个电子)

除了H原子以外的情况我已经讲了,但你能明白为什么要这样吗?提示是轨道的数量。

根据阅读的人不同,双键、三键可能很难理解

于是我把更详细的图放在下面。

现在回到原子和电子的话题。

正如我在原子轨道中提到的,只有两个电子可以进入一个原子轨道

并且两个电子在原子轨道上的状态是成对的,叫作电子对

电子对有两种类型:共有电子对非共有电子对(孤对电子)

 如果看下图,应该就可以理解了

首先,氮原子在最外壳中的电子排列为【2s】2【2p】3

回想一下原子轨道,(2s)2处于稳定状态。

另一方面,在(2p)3中,三个电子都处于不稳定状态(其实相比【2p】1、【2p】2、【2p】4等都要稳定,除了不如【2p】6稳定以外。记住半满也是一个较为稳定的状态)

为使不稳定状态稳定的唯一方法是将其他电子带入一个空轨道(也可以想办法把这三个电子都拿走)

这就是为什么氢原子(最外层的壳(1s)1电子)是填入空缺最好的部分。

因此,为了让氮原子稳定,可以通过在三个轨道上进行共键(三键或双键+单键或三个单键)来使其稳定。

直到刚才我们都在在谈论分子和原子

如果这是带有+和-电荷的离子是什么情形呢?

这就是为什么我解释离子的原因。 首先,请看下图。

上面的图并不存在+、-之类的电荷符号。

那么,经常在化学式上出现的+、-电荷是怎么决定的呢?


其实时通过整体的形式电荷来预测。

所谓形式电荷可用以下的公式来计算。

形式电荷=有效核电荷-(共有电子数÷2+非共有电子数)


”有效核电荷“这一概念解释不太清楚,可以认为是价电子(最外层电子)(稍有不太恰当的地方)

以刚才介绍的OH–为例(OH-为氢氧根,是OH从某地方抢来一个电子,所以一个负电荷)

O原子的形式电荷= 6 -(2/2 + 6)= -1

H原子的形式电荷= 2 -(2/2 + 0)= 0

所以OH整体形式电荷为-1

因此OH用[OH]-来表示

虽然上面提到的法则比较随便(没有经过严密的推导),但是化学(其他的事情也基本上是如此)是将经验法则贯彻到底的暧昧的学科(我很想反对这一句)……

最后说了太多的闲话,有点让大家有点不太明白了,但是我想说(比较重要的话)的话在中间部分……总之谢谢大家读到最后!(妈耶最后一部分翻译的我云里雾里的,急需懂日语的人才,也谢谢大家忍受我这种翻译到最后)

那么下会见!

© 2017 猫でもわかる有機化学

                                                                                     Posted by nikukyu-

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好了今天谈一谈一些容易理解的东西吧

离子键和共价键都是为了让每个原子达到稳定的电子结构,离子键是“打劫”而共价键是“共享”

例子:离子化合物氢氧化钠NaOH 是由Na+  和OH-够成,OH就抢夺了Na的一个电子,Na+的价电子数就成了0(M电子壳层中),即剩下了满电子的L电子壳层,OH-也达到了稳定的电子结构。

共价化合物之前已经由很多例子,不需要再细说了

以共价键连接的两个原子的电子并不一定是“均等共享”的,H2是均等分享了2个电子,但HF中,电子更倾向于被F原子占有(电子云在F的密度更大),F一定程度上带有负电荷,H有一定的正电荷。

如果不均等共享再极端一些了?其实就到了离子键的程度。

判断一个化合物是离子化合物还是共价化合物,经验上可以用元素的电负性来判断(元素的原子在化合物中吸引电子的能力的程度,以F的电负性4.0为标准,其他的元素与之相比得到),但是对于某些化合物,经验法则会出错。

我真需要一个非常懂日语的人协助我。

上述的补充或翻译错误,如有错误欢迎在评论区或私信我指出。

能够提供协助的人也可以以各种方式联系我。

如果喜欢的话请关注up主吧。下次再见

(点赞、投币、收藏、关注,谢谢各位了)

                                                       Translated and Explained by  律涼






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