Lewisova struktura HNO3

Dusík je ve druhém řádek bez orbitálu $ d $ ve valenčním prostředí. Podřídí se pravidlu oktetu a nemůže mít více než 8 elektronů.

Z pravidla oktetu existují výjimky. Mít méně než 8 elektronů je méně výhodné, ale stále možné a je to běžně vidět u volných radikálů a kationtů. Na druhou stranu mít více než 8 elektronů je pro atomy druhé periody extrémně nepříznivé. Takové elektronické struktury lze nalézt v extrémně nestabilních druzích nebo vzrušených stavech, jako je radikál CH5.

Pro srovnání, první atomy skořápky se řídí pravidlem duetu, zatímco atomy ve 3. skořápce a dále mohou poslouchat elektronové pravidlo, 12-elektronové pravidlo nebo 8-elektronové pravidlo. Avšak 18-elektronové pravidlo a 12-elektronové pravidlo jsou mnohem méně přísné než 8-elektronové pravidlo a porušení je běžným místem.

Podle teorie valenčních vazeb , elektronová struktura molekuly je kombinací všech možných rezonančních struktur, které si můžete zapsat, včetně struktur se všemi možnými formálními náboji a podivnými počty elektronů. Jejich příspěvky však nejsou rovnoměrné. některé z nich jsou příznivější než jiné.

U HNO3 by atom dusíku za účelem splnění oktetového pravidla vytvořil 1 dvojnou vazbu a 2 jednoduché vazby. Na základě samotného oktetového pravidla existují 3 možné rezonanční struktury, které jsou příznivé.

První dvě rezonanční struktury jsou výrazně příznivější než třetí, protože mají menší množství formálních poplatků. Výsledkem je, že obvykle píšeme pouze dvě dominantní struktury. Vazba mezi OH a N je blízká normální jednoduché vazbě. Další dvě vazby NO mají pořadí vazeb blízko 1,5.

Je také běžné psát směs rezonančních struktur jako hybridní formu

Všimněte si, že tato reprezentace není jedinou Lewisovou strukturou , ale pohodlným způsobem, jak reprezentovat mnoho rezonančních struktur na stejném obrázku. Neposkytuje žádné informace o přesném pořadí vazeb nebo formálních nábojích na jednotlivých atomech. Tečkované čáry znamenají, že v některých strukturách, kde je touto vazbou jednoduchá vazba a v jiných dvojná vazba, je řád někde mezi 1 a 2.

No! zde je krátká rychlá odpověď .. !!

Byl jsem si docela jistý, že lewisová struktura $ \ ce {HNO3} $ bude ta s 0 formálním nábojem a než jsem našel toto . Tento odkaz sice ukazuje, jak vypočítat formální poplatek na $ \ ce {HNO3} $, ale poskytuje malou nápovědu.

Zadruhé mě napadlo, že pokud se zaměříte na rezonanci, bude znak dvojné vazby na obou vazbách mezi N & O.

Historicky nebylo nic špatného se strukturami, jako je ta, kterou jste nakreslili vpravo.Iwan Ostromisslensky neměl v roce 1908 problémy s čerpáním 4-chlor-1,2-dinitrobenzenu pentavalentním dusíkem. ^[1] (Ano, nitroskupina není dusičnan nebo kyselina dusičná, ale po nějaké době hledáním jsem si vzal to, co jsem našel, abych prokázal svůj názor.)

Staudinger a Meyer nakreslili dimethylanilinoxid podobně v roce 1919: ^[2]

Nebyl jsem schopen najít okamžik, kdy preference se změnily, tak jsem to vzdal. Muselo to být někdy kolem, kdy kvantová chemie orbitalů byla čím dál tím lépe pochopitelná, a bylo si uvědomeno, že existují pouze čtyři orbitaly, k nimž má dusík přístup (2s a tři 2p). Od nynějška lidé popisovali struktury s dusíkem ve středu pouze se čtyřmi vazbami, což lépe odráží realitu.

U prvků vyšších období, zejména síry a fosforu, se mnoho lidí stále rozhoduje kreslit příliš mnoho vazeb, než psát nábojem oddělené struktury. To se často vysvětluje „d-orbitální účastí“ – ale z praktického hlediska má 3d orbitál velmi podobnou energii jako 4s, ale nikdo nenavrhuje účast 4s. Všechny struktury „rozšířeného oktetu“ lze nakreslit způsobem, který odpovídá pravidlu oktetu, takže možná je jen otázkou času, než zmizí vazby $ \ ce {P = O} $ ve fosfátu.

Pokud jde o pravidla pro stanovení pravděpodobnosti Lewisových struktur, jedná se o lepší sadu:

1. Jsou preferovány Lewisovy struktury, ve kterých mají všechny atomy oktet (dublet pro vodík).

2. Pokud nelze 1. splnit, upřednostňují se Lewisovy struktury, které mají nejmenší počet prvků se suboktetovými strukturami.

3. Pokud 1. nebo 2. vygenerují sadu možných struktur, vyberte tu, která má minimální počet formálních poplatků.

4. Pokud 3. ponechá sadu možných struktur, zvolte ten, kde jsou formální poplatky rozděleny podle elektronegativity (elektronegativní prvky se zápornými formálními náboji).

5. Pokud 4. ponechá soubor možných struktur, vyberte tu, ve které formální poplatky jsou blíže k sobě.

6. Pokud má vaše konečná struktura rozšířený oktet na prvku hlavní skupiny, začněte znovu od 1.

Reference:

[1]: I. Ostromisslensky, J. Prakt. Chem. 1908 , 78 , 263. DOI: 10.1002 / prac.19080780121 .

[2]: H. Staudinger, J. Meyer, Helv. Chim. Acta 1919 , 2 , 608. DOI: 10.1002 / hlca.19190020161 .

Komentáře

• Dokonce jsem viděl oxid trifluoroaminový nakreslený dvojnou vazbou z dusíku na kyslík tvoří 10 elektronů kolem dusíku. Vazba dusík-kyslík má ve skutečnosti charakter dvojné vazby, ale toto pochází z iontových přispívajících struktur ve formě $ \ ce {(O = NF_2 ^ +) F ^ -} $, nic s deseti valenčními elektrony na dusíku.

I když můžete mít naplněný oktet, pokud má centrální atom kladný formální náboj, my obecně tvoří dvojné vazby, dokud formální náboj není snížen na 0 co nejblíže, protože to bude stabilnější konfigurace. Existují však určité výjimky.

Podívejte se prosím na chlorečnanový ion. U chlorečnanu byste očekávali, že necháte čtyři atomy kyslíku s jednoduchým vázáním na chlór, ale zůstane nám formální náboj +3 na chloru a -1 na každém z kyslíků. Proto vytváříme dvojné vazby, dokud není formální náboj odstraněn, a na jednoduchém vázaném kyslíku nám zbývá pouze formální náboj -1.

upravit: při pohledu na vaši otázku je výhodná struktura nalevo ačkoli ten vpravo má nižší formální náboj.

Možná má Wikipedia špatnou strukturu pro stránku s kyselinou dusičnou? Vypadá to, že všechny atomy kyslíku jsou na obrázku vpravo nahoře spojeny.

https://en.wikipedia.org/wiki/Nitric_acid

Při pohledu na obrázky má Wikipedia správné rezonanční struktury s kyslíkem s dvojnou vazbou, ale na rozdíl od toho, co očekáváme, existuje pouze jedna dvojná vazba, což jsou dvě dvojné vazby.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitric-acid-resonance-A.png

Komentáře

• Ano, samozřejmě. Není to v rozporu se strukturou HNO3 ‚? Formální náboj centrálního atomu (dusík) se říká +1.
• @ZaferCesur Chlor a dusík se zásadně liší. Atom dusíku nemá d orbitál, protože je ve druhém období. Má pouze s a p a maximální počet elektronů, který může pojmout, je 8. Chlor je ve 3. období. Může pojmout až 18 elektronů.
• Dobře, mám to hned!Možná byste měli zveřejnit odpověď, abych mohl hlasovat nebo tak něco.
• @XiaoleiZhu Ano, v tomto případě není možné vytvořit dvě dvojné vazby, protože prodloužené oktety jsou tvořeny pouze atomy s prázdnými d-orbitaly ve valenčním shellu (p-prvky ze třetího nebo pozdějších období). Děkujeme za objasnění.
• Obrázek Wiki je graf, který je pouze mapováním vazby a úhlu. Dokonce ani v chloru (zejména v nižších prvcích) nemají d-orbitaly žádnou roli ve vazbě (@XiaoleiZhu). Koncept hypervalence (viz také goldbook ) je stále předmětem kritiky a obvykle odkazuje na vazby čtyři elektrony se třemi středy, spíše než zahrnutí d-orbitalů do prvků hlavní skupiny.

Tři atomy kyslíku jsou vázány na jeden atom dusíku. Kyslík, který je více elektronegativní, přitahuje dvojici elektron se silněji váže. Jeden z kyslíku se váže na atom vodíku a sdílí elektron s dusíkem, aby dokončil svůj oktet, a zbývající atom kyslíku sdílí další elektron s atomem dusíku. Tímto způsobem jsou elektronové páry částečně darovány a vytváří se kovalentní nebo dativní vazba souřadnic.