Lewisstructuurformules schrijven: een methode voor beginners
Er zijn een heel aantal methoden op het internet te vinden i.v.m. het schrijven van correcte Lewisstructuurformules. Deze methoden zijn allemaal correct maar vragen meestal al heel wat wetenschappelijke achtergrondkennis. Als je de som maakt van al de deelnemende valentie-elektronen en je er rekening mee houdt dat bijna alle atomen 8 elektronen rond zich wensen, dan kom je al gauw tot de juiste Lewisstructuur.
De Lewisstructuurformule van een molecule is een schriftelijke voorstelling van dit molecule waarbij de bindingen tussen de atomen van het molecule worden getekend aan de hand van streepjes. Elk streepje stelt twee valentie-elektronen voor. Ook de vrije elektronenparen van de buitenste hoofdschil van elk atoom worden weergegeven, dit zijn de elektronen die niet meedoen in het maken van bindingen. De Lewisformule geeft telkens de structuur weer met de hoogste stabiliteit of de laagste energie-inhoud. Deze laagste energie verkrijgen de atomen door het bereiken van de edelgasconfiguratie (of octetstructuur) na binding. In de Lewisstructuurformule komt deze octetstructuur tot uiting doordat elk atoom vier streepjes, acht elektronen dus, rond zich heeft.
Beschouw volgende 5 moleculen en ionen: zwavelzuur (H
2SO
4), het ammoniumion (NH
4+), salpeterzuur (HNO
3), het fosfaation (PO
43-), waterstofcyanide (HCN) en koolstofdioxide (CO
2). Stap voor stap zullen voor elk van deze stoffen op een snelle en eenvoudige manier de Lewisformules worden afgeleid.
Eerste stap
Schrijf de atomen van het molecule in de volgorde waarin ze voorkomen in het molecule. Daar waterstofatomen slechts 1 binding kunnen vormen, zullen zij steeds eindstandig staan. Bovendien zullen de waterstofatomen bij aanwezigheid van zuurstofatomen de voorkeur geven om aan een zuurstofatoom te binden.
Tweede stap
Tel de valentie-elektronen (e
-) van elk deelnemend atoom bij elkaar op. Bij een positief geladen ion, trek je de positieve lading af van het totaal aantal elektronen en bij een negatief geladen ion tel je de lading erbij. Als je dit aantal deelt door twee, dan weet je hoeveel doubletten (streepjes) je gaat moeten schrijven rond het molecule.
- H2SO4: 2 x 1e-(H) + 1 x 6e-(S) + 4 x 6e-(O) = 32e- → 8 streepjes te verdelen
- NH4+: 1 x 5e-(N) + 4*1e- -1(lading) = 8e- → 4 streepjes te verdelen
- HNO3: 1 x 1e-(H) + 1 x 5e-(N) + 3 x 6e-(O) = 24e- → 12 streepjes te verdelen
- PO43-: 1 x 5e-(P) + 4 x 6e-(O) +3(lading)= 32e- → 16 streepjes te verdelen
- HCN: 1 x 1e-(H) +1 x 4e-(C) +1 x 5e-(N)=10e- → 5 streepjes te verdelen
- CO2: 1 x 4e-(C) + 2 x 6e-(O)=16e- → 8 streepjes te verdelen
Derde stap
Geef alle atomen behalve waterstof 4 streepjes (de octetstructuur) zonder rekening te houden met het aantal te verdelen valentie-elektronen.
Vierde stap
Tel nu de streepjes en vergelijk dit aantal met het aantal streepjes dat maximaal mocht worden verdeeld (zie tweede stap).
Indien beide aantallen overeen komen, is de Lewisstructuurformule klaar. Dit is bij de voorbeelden H
2SO
4, NH
4+ en PO
43- het geval.
Indien je een streepje te veel hebt gezet, maak dan een dubbele binding. Bij HNO
3 werden bij stap 3, 26 elektronen over het molecule verdeeld. Er zijn echter slechts 24 valentie-elektronen aanwezig. Door bij N en bij 1 O-atoom een vrij elektronenpaar te verwijderen en door van de binding tussen deze beide atomen een dubbele binding te maken, verkrijg je de juiste Lewisstructuurformule.
Indien je twee streepjes te veel hebt gezet, maak dan een drievoudige of twee dubbele bindingen. Bij HCN werden er in stap 3, 14 elektronen verdeeld terwijl er maar 10 valentie-elektronen beschikbaar zijn. Door bij zowel C als N twee vrije elektronenparen te verwijderen en door van de binding tussen deze beide atomen een drievoudige binding te maken, verkrijg je de juiste Lewisstructuurformule. Bij CO
2 werden in stap 3, 20 elektronen verdeeld terwijl er slechts 16 elektronen beschikbaar zijn. Door bij C de twee vrije doubletten te verwijderen, bij elke O één vrij elektronenpaar te verwijderen en door van de bindingen tussen C en O twee keer een dubbele binding te maken, verkrijg je de juiste Lewisstructuurformule. Bij CO
2 zou je in theorie ook 1 drievoudige binding kunnen maken. Dit strookt echter niet met de realiteit daar beide bindingen gelijke eigenschappen vertonen.