路易斯结构(Lewis structures,又称做Lewis 点图像, 电子 点图像,Lewis 电子点式,Lewis 点结构,和电子点结构)是分子中 原子 和原子键结构标示孤对电子存在的图像,而路易斯结构理论又称八隅体理论。 以 美国 物理化学家 吉尔伯特·路易士 (Gilbert Newton Lewis)的名字命名。
19世纪的化学家们创造了用元素符号加画短棍“—”的形式来表明原子之间按“化学价”相互结合的 结构式 ,原子间用“—”相连表示用了“1”价,如水的结构式为H-O-H;用“=”相连表示互用了“2价”,如 二氧化碳 的结构式为O=C=O,用“≡”相连则表示互用了“3价”,如 氢氰酸 H-C≡N中的C≡N。书写路易斯结构式时要把所有的 价电子 都表示出来。
由来
当时已经知道,在绝大多数情况下,氢总是呈1价,氧总是呈2价,氮总是呈3或5价, 卤族元素 则在 有机化合物 中大多呈1价,在 无机化合物 中除呈1价,还呈3、5、7价,等等。这种“ 化合价 ”概念是由 英国 化学家 弗兰克兰 [Frankland Edward(1825-1899)]在1850年左右提出的。他总结了化合物中 原子 个数比的规律,并为元素 周期性 的发现做了铺垫——元素化合价并无正负之分,同种原子的分子,例如,H2其中的氢也呈1价,故氢分子的 结构式 为H-H。
半个多世纪后的20世纪初, 美国 化学家 吉尔伯特·路易士 [Gilbert Newton Lewis,(1875-1946)]把弗兰克兰结构式中的“短棍”解释为两个原子各取一个电子配成对,即:“—”是一对共用电子,“=”是2对共用电子,“≡”是3对共用电子对。换句话说,经典的弗兰克兰 化合价 被解释为 原子 能够提供来形成共用原子对的电子数。路易斯还认为,稀有气体最 散逸层 电子 构型(8e-)是一种稳定构型,其他原子倾向于共用电子而使它们的最外层转化为稀有气体的8电子稳定构型——八隅律。 吉尔伯特·路易士 又把用“共用电子对”维系的 化学 作用力称为 共价键 。后人称这种观念为路易斯共价键理论。
结构式简介
“—”表示共用一对电子。
“=”表示共用两对电子。
“≡”表示共用三对电子。
弗兰克兰的“ 化合价 ”=Lewis的电子共用电子对数目。
① 柯赛尔的“八隅律”
认为稀有气体的8e 散逸层 是一种稳定构型。
如:
② 成键电子与孤对电子的表示
成键电子=键合电子——指形成 共价键 的电子。
孤对电子——指没有参与化合键形成的电子。
③ 结构式 的表示:
键合电子——用线连
孤对电子——用小黑点
如:
④ Lewis电子结构式的局限性
按柯赛尔的“八隅律”规则,许多分子的中心原子周围超出8e但仍然稳定。
如: PCl5 BCl3 B周围5个e的 共振 结构
书写共振论
要正确写出共振结构式,应符合下列几条规则:
① 共振结构式之间只允许键和 电子 的移动,而不允许 原子核 位置的改变。
② 所有的共振结构式必须符合Lewis结构式。
③ 所有的共振 结构式 必须具有相同数目的未成对电子。以烯丙游离基为例: 。
④ 电子离域化往往能够使分子更为稳定,具有较低的 内能 ,为了衡量这种稳定性,可以使用共振能。所谓共振能就是实际分子的能量和可能的最稳定的共振结构的能量之差,以苯分子为例。 共振 结构中, 共价键 数目越多的,能量越低,越稳定,它在杂化体中所占几率较大。苯的真实结构是由八种结构式共振形成的共振杂化体,应该指出,在上例中各式都应是在一个平面上的正 六边形 碳环 ,不可以有任何变化,这些共振结构式实际上都是假设的结构,它们之间的不同,仅在于 电子 分布情况同。因此,各共振式的能量不全相同。I和II式结构相似,能量最低,其余共振式的能量都比较高,能量最低而结构又相似的共振式在真实结构中参与最多,或称贡献最大,因此,可以说苯的真实结构主要是I式和II式的共振杂化体。
⑤ 结构式 中所有的 原子 都具有完整的价 电子层 都是较为稳定的。
⑥ 有电荷分离的稳定性较低。
⑦ 负电荷在 电负性 较大的原子上的较稳定。
共振效应
共振效应是共轭效应的继续和发展,共振效应也包括共 轭 效应和超共轭效应。它们都是一个 取代基 通过π 电子 系统的报化效应,在很多情况下, 诱导效应 和共振效应往往同时起作用,所以也常合并称为 电子效应 ,但是它们不是一个东西。
共振论的应用
共振论的应用主要包括说明 有机化合物 的 物理性质 和 化学性质 两个方面,在物理性质方面可以用来说明分子的 极性 (偶极矩)键长,离域键、 键能 等,在化学性质方面可以用来预测反应的产物比较化合物酸碱性的强弱;判断反应条件稳定,电荷的分布位置和解释多重反应性能等,但只应当适当选用而不能过分强调它的应用。总之,任何一个 化学 反应是 电子云 的分布价键的变化和 共振 的结果所以解释绝大多数化学或 立体化学 问题时共振论, 共价键 论(价键和 分子轨道理论 ) 量子力学 等理论要结合起来,要确实掌握共振的定量概念,因为,它们相互补充也有它们的缺点,属于共扼效应有一些问题,也是要运用分子轨道理论方法来解决。用共振式来形式化地(定性地)描述 电子 离域化系统很方便,在实际用上很有价值,因此用仍很广泛