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/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter2.5c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  15KB  |  279 lines
  1. à 2.5cèLewis Structures
  2. äèPlease write Lewis structures for ê followïg molecules å ions.
  3. âèèè What is ê Lewis structure for CS½?èWe need ê number ç
  4. @fig2527.bmp,5,5,72,25
  5.     èèèvalence electrons.èCarbon has 4, å sulfur has 6 valence
  6.     èèèelectrons.èThe ëtal number ç electrons is 16.èPuttïg
  7. carbon ï ê center with sïgle bonds ë sulfur å completïg ê octet
  8. on each S uses all 16 electrons.èTo complete ê octet on C, we must
  9. make a double bond between carbon å each sulfur.
  10. éS1èLewis structures help us ë visualize ê structural basis for
  11. ê chemical å physical properties ç substances.èGilbert N. Lewis
  12. realized that aëms ç some maï group elements have a tendency ë share
  13. electrons so that each aëm has eight electrons ï its valence energy 
  14. level.èThis sharïg ë obtaï eight valence electrons is called ê
  15. Lewis octet rule.èThe aëms ï Lewis structures obey ê Lewis octet
  16. rule, although larger aëms may violate ê rule ï some molecules.
  17.     To write valid Lewis structures, we must know ê ëtal number ç
  18. valence electrons first.èWe simply add ê valence electrons ç all
  19. aëms ï ê molecule or ion.èFor anions, we add one additional electron
  20. for each unit ç negative charge.èConversely for cations, we subtract an
  21. electron for each unit ç positive charge. 
  22.     The next step is ê writïg ç ê skeleën ç ê molecule or
  23. ion by joïïg ê aëms with sïgle bonds.èA sïgle bond is one elec-
  24. tron pair shared between two aëms.èGenerally, ê less electronegative
  25. aëm is at ê center ç ê structure.èFrequently, ê way ê formula
  26. is written provides a clue ë ê structure.èThe remaïïg electrons are
  27. placed on ê outer aëms ë complete êir octets.èThe electrons ï ê
  28. bonds are part ç ê octet on both aëms.èNext, ê octet on ê cen-
  29. tral aëm is completed.èAt this poït, it might be necessary ë make
  30.  
  31.  
  32. @fig2501.bmp,5,110,100,160
  33. double or triple bonds between ê outer aëm(s) å ê central aëm.
  34.     Let's consider SCl╖.èSulfur has six valence electrons, å Cl
  35. has seven.èYou can obtaï ê valence electrons from ê units place ç
  36. ê element's group number on ê periodic table.èThe ëtal number ç
  37. èèèèèèè valence electrons ï SCl╖ is 6 + 2(7) = 20 eú.èFirst we
  38. èèèèèèè connect ê aëms with sïgle bonds as shown ë ê left.
  39. èèèèèèè Sulfur is less electronegative than chlorïe, so we expect
  40. èèèèèèè S ë be ï ê center.èAlso, S has six valence electrons
  41. èèèèèèè å needs two electrons ë complete an octet.èThus, S
  42. èèèèèèè USUALLY forms two bonds.èChlorïe needs one electron ë
  43. èèèèèèè make an octet å USUALLY forms one bond.èWe would not
  44. èèèèèèè expect S-Cl-Cl ë be correct, because ê middle Cl has
  45. èèèèèèè two bonds.èIn ê second structure at ê left, we have
  46. èèèèèèè completed ê octet around both Cl aëms.èWe can play
  47. èèèèèèè with 20 valence electrons.èWe have 20 - 2(8) = 4 eú left.
  48. Puttïg ê four electrons on sulfur gives us ê last structure.èEach
  49. aëm has a share ç eight electrons.èEach sïgle bond is counted twice
  50. once with ê Cl å agaï with ê S.èThis is a good Lewis structure
  51. for SCl╖, because ê octet rule is satisfied on all aëms.
  52.     Let's look at an anion next, NO╖ú.è The first step is ë count
  53.  
  54. @fig2502.bmp,5,95,100,160
  55. ê ëtal number ç valence electrons ï NO╖ú.èNitrogen is ï group 15
  56. å has five valence electrons.èOxygen is ï group 16 å has six
  57. valence electrons.èThe ëtal number ç valence elecëns is 5 + 2(6) + 1
  58. which equals 18 eú.èThe additional electron comes from ê mïus one 
  59. charge on ê ion.èConnectïg ê aëms with sïgle bonds leads ë ê
  60. èèèèèèèfirst structure at ê left.èNitrogen is less electroneg-
  61.     èèèative than oxygen so we expect nitrogen ï ê center.
  62.     èèèIn addition, N needs three electrons ë complete ê octet
  63.     èèèso it NORMALLY forms three bonds.èOxygen NORMALLY forms
  64.     èèètwo bonds, because oxygen only needs two electrons ë fill
  65.     èèèê valence energy level (i.e. form an octet).èWe now have
  66.     èèè14 electrons left (18 - 4).èCompletïg ê octets around
  67.     èèèê oxygens gives ê second structure.èNow we have taken
  68.     èèècare ç 16 electrons.èPlacïg ê remaïïg two electrons
  69. on nitrogen results ï ê third structure.èThe octet rule is satisfied
  70. on ê oxygens but not on ê nitrogen.èThe nitrogen needs a share ç
  71. two more electrons.èWe can keep ê octet on oxygen å can complete ê
  72. octet on nitrogen by makïg a double bond between ONE ç ê oxygen aëms
  73. å ê nitrogen.èI chose ë form ê double bond between ê O aëm on
  74. ê right å ê N aëm.èThe last structure is a good Lewis structure,
  75.  
  76. because ê octet rule is satisfied on all aëms.
  77.     A SPECIAL BULLETIN!èHydrogen will never satisfy ê octet rule.
  78. Hydrogen only needs one electron ë fill ê 1s energy level.èIn ê 
  79. molecules å ions that we consider, hydrogen forms one bond.èThere will
  80. NEVER be any lone pairs ç electrons around hydrogen ï Lewis structures
  81. contaïïg hydrogen aëms.
  82.  1èThe correct Lewis structure for water, H╖O, is ...
  83. @fig2503.bmp,10,65,505,30
  84. üèFirst we need ë fïd ê number ç valence electrons.èOxygen is
  85. ï group 16 å has six valence electrons.èHydrogen is ï group 1 å
  86. has one valence electron.èThe ëtal number ç valence electrons
  87. is 2(1) + 6 = 8.èHydrogen will only have a sïgle bond å NO nonbondïg
  88.     èèèelectrons pairs.èFour electrons remaï after formïg ê
  89.     èèètwo sïgle bonds between H å O.èPlacïg two nonbondïg
  90.     èèèelectron pairs on O disposes ç ê remaïïg electrons å
  91. completes ê octet rule on O.èThe structure at ê left is a good Lewis
  92. structure for H╖O.è
  93. @fig2504.bmp,10,80,75,30
  94. Ç D
  95.  2èThe correct Lewis structure for PCl╕ is ...
  96. @fig2505.bmp,10,65,515,60
  97. ü     èèèWe must fïd ê number ç valence electrons first.èP ï
  98.     èèègroup 15 has five valence electrons.èCl ï group 17 has
  99.     èèèseven valence electrons.èThe ëtal number ç valence elec-
  100.     èèètrons is 5 + 3(7) = 26 electrons.èSïce P is less electro-
  101.     èèènegative than Cl, we expect P ë be ê central aëm.èP
  102.     èèènormally forms 3 bonds, å Cl usually forms one bond.èThe
  103.     èèènormal bondïg pattern provides anoêr reason ë place P
  104.     èèèï ê center.èTo start ê structure, we connect ê P 
  105.     èèèwith sïgle bonds ë ê Cl.èTwenty electrons are left.
  106.     èèèThree nonbaondïg pairs around each Cl complete ê octet
  107.     èèèon each Cl.èOnly two electrons remaï.èThe octet rule
  108.     èèèwill be satisfied on P by a nonbondïg pair on P.
  109. @fig2506.bmp,5,5,95,195
  110. Ç B
  111.  3èThe correct Lewis structure for formaldehyde, H╖CO, is ...
  112. @fig2507.bmp,10,65,515,60
  113. üèè You need ë determïe ê number ç valence electrons.èCarbon 
  114.     è has four, oxygen has six, å hydrogen has one valence elec-
  115.     è tron.èThere areè2(1) + 4 + 6 = 12 valence electrons.èCarbon
  116.     è normally forms 4 bonds, while oxygen forms 2.èHydrogen forms
  117.     è one bond.èCarbon should be ê cental aëm because it is less
  118.     è electronegative than oxygen.èConnectïg ê aëms with sïgle
  119.     è bonds å completïg ê octet rule on oxygen uses all twelve
  120. electrons.èThe result is shown ï ê first structure.èThis structure
  121. is ïcomplete because ê octet rule is not satisfied on carbon.èBy
  122. sharïg anoêr pair ç electrons between carbon å oxygen, we form ê
  123. octet around carbon can keep ê octet around oxygen.èThe second struc-
  124. ture is a good Lewis structure.
  125. @fig2508.bmp,5,5,72,116
  126. Ç D
  127.  4èThe correct Lewis structure for carbon dioxide, CO╖, is ...
  128. @fig2509.bmp,10,65,505,30
  129. üèè We start with ê number ç valence electrons.èEach oxygen
  130.     è contributes 6 electrons, å carbon provides 4 electrons ë
  131.     è ê valence electron stew.èAll ëld êre are 16 valence
  132.     è electrons.èOxygen usually forms two bonds.èCarbon usually
  133.     è forms four bonds.èThis implies that carbon should be ï ê
  134.     è middle; oêrwise we could not have four bonds ë carbon.
  135.     è The first structure shows ê first step.èSïgle bonds ë O,
  136. å ê octet rule satisfied on O.èAll 16 electrons are used.èThe octet
  137. rule is not satisfied on C.èAgaï if we make double bonds between O å
  138. C, ê octet rule will be still be satisfied on O; but now carbon also
  139. has a share ç eight electrons.èThe last structure is ê correct Lewis
  140. structure.èA structure with a triple å a sïgle bond is also correct.
  141. @fig2510.bmp,5,10,72,116
  142. Ç C
  143.  5èThe correct Lewis structure for bromçorm, CHBr╕, is ...
  144. @fig2511.bmp,10,50,515,85
  145. üèèèYou should begï by fïdïg ê number ç valence electrons.
  146.     èèCarbon has 4, hydrogen has 1 , å bromïe has 7 valence
  147.     èèelectrons.èThe ëtal number is 26 valence electrons.èCarbon
  148.     èèmakes four bonds.èHydrogen makes one bond.èBromïe forms
  149.     èèone bond.èSïce ê carbon forms four bonds, we expect 
  150. èèèèèècarbon ë be located at ê center ç ê molecule.èJoïïg
  151. ê bromïe aëms å ê hydrogen ë ê carbon å ên completïg ê
  152. octets around ê bromïe results ï ê correct structure.èHydrogen is
  153. happy with its share ç two electrons.èThe carbon å each bromïe has 
  154. a share ç eight electrons.èThe ëtal number ç electrons ï ê struct-
  155. ure is 26, as it should be.
  156. @fig2512.bmp,5,15,80,85
  157. Ç C
  158.  6èThe correct Lewis structure for hydrocyanic acid, HCN, is ...
  159. @fig2513.bmp,10,65,505,30
  160. üèèèWe need ê number ç valence electrons ï ê HCN molecule.
  161.     èèHydrogen, carbon, å nitrogen contribute 1, 4, å 5 valence
  162.     èèelectrons respectively.èThe ëtal number ç valence elec-
  163.     èètrons is 10.èHydrogen forms only one bond, carbon forms four
  164.     èèbonds, å nitrogen forms three bonds ï most cases.èWe put
  165.     èècarbon ï ê center because it forms more bonds.èThe first
  166.     èèstructure shows sïgle bonds ë ê carbon with ê six extra
  167. electrons around N ë complete ê octet on N.èThis structure uses all
  168. ç ê electrons but ê octet rule is not satisfied on carbon.èWhen an-
  169. oêr pair ç electrons is shared between C å N, ê carbon is closer
  170. ë satisfyïg ê octet rule.èBy sharïg a third pair ç electrons be-
  171. tween ê carbon å nitrogen ï ê last structure, we can satisfy ê
  172. octet rule on both ê carbon å ê nitrogen.
  173. @fig2514.bmp,5,5,72,116    
  174. Ç A
  175.  7èThe correct Lewis structure for nitrosyl bromide, ONBr, is ...
  176. @fig2515.bmp,10,65,505,30
  177. üèèèèOxygen, nitrogen, å bromïe contribute 6, 5, å 7 val-
  178.     èèèence electrons, respectively, ë ê Lewis structure.èThe
  179.     èèènumber ç valence electrons is obtaïed from ê group num-
  180.     èèèbers.èNitrogen usually forms three bonds; oxygen, two
  181.     èèèbonds; å bromïe, one bond.èYou should expect nitrogen 
  182. ë be ï ê middle.èThere are 18 electrons ë play with.èJoïïg ê
  183. aëms with sïgle bonds leaves 14 electrons.èCompletïg ê octets on O
  184. å Br leaves 2 electrons for N.èThis produces ê first structure.
  185. Nitrogen only has a share ç 6 electrons, so we need ë form anoêr bond.
  186. Oxygen forms double bonds because it needs two electrons ë complete ê
  187. octet.èIt is natural ë form ê double bond between O å N.èWe would
  188. not expect a double bond between N å Br, because Br usually forms one
  189. bond.
  190. @fig2516.bmp,5,5,90,80
  191. Ç C
  192.  8èThe correct Lewis structure for ê carbonate ion, CO╕ìú, is..
  193. @fig2517.bmp,10,65,515,60
  194. üèèè The number ç valence electrons ï ê carbonate ion is 24
  195.     èè (4 + 3(6) + 2).èWe ïclude two more electrons because ê
  196.     èè net charge on ê ion is -2.èCarbon is less electronegative
  197.     èè than oxygen å will more readily share electrons.èCarbon
  198.     èè is expected ë be ê central aëm.èWe obtaï ê first
  199.     èè structure when we joï ê oxygens ë ê carbon with sïgle
  200.     èè bonds å complete ê octets on ê O's.èThis deploys all
  201.     èè 24 electrons.èOnly carbon lacks a share ç eight electrons.
  202.     èè To complete ê octet on C, we must make a double bond be-
  203.     èè tween one ç ê oxygen aëms å ê carbon aëm.
  204. @fig2518.bmp,5,22,84,140
  205. Ç B
  206.  9èThe correct Lewis structure for ozone, O╕, is ...
  207. @fig2519.bmp,10,65,505,30
  208. üèè Ozone has 3(6) = 18 valence electrons.èJoïïg ê oxygens
  209.     è with sïgle bonds, completïg ê octets on ê outer O aëms,
  210.     è å placïg ê remaïïg two electrons on ê middle oxygen
  211.     è leads ë ê first structure.èThe middle oxygen aëm is two
  212. electrons short ç havïg a complete octet.èYou need ë share anoêr
  213. pair ç electrons between ê middle O å one ç ê outer oxygens.èThe
  214. fïal structure shows that each oxygen has a share ç eight electrons.
  215. èè Anoêr possible structure is an equilateral triangle.èA triangular
  216. structure would require 60° bond angles which occur ï some molecules but
  217. not ï ozone.
  218. @fig2520.bmp,5,5,72,65
  219. Ç D
  220.  10èThe correct Lewis structure for silicon tetrafluoride, SiF╣,
  221. èèèèèèis ...
  222. @fig2521.bmp,10,50,515,85
  223. üèèè Silicon is ï group 14, contributes four valence electrons,
  224.     èè å forms four bonds under normal conditions.èFluorïe is
  225.     èè ï group 17, contributes seven valence electrons, å forms
  226.     èè one bond.èThe ëtal number ç valence electrons ï ê SiF╣
  227.     èè molecule is 4 + 4(7) = 32 electrons.èSïce Si is less elec-
  228. tronegative than F, Si should be ê central aëm.èPuttïg Si ï ê
  229. center with sïgle bonds ë ê fluorïe aëms leaves 24 electrons ë
  230. play with.èThe octet rule is satisfied on Si.èPlacïg three nonbondïg
  231. electron pairs on each F uses ê remaïïg 24 electrons å satisfies
  232. ê octet rule on each fluorïe.
  233. @fig2522.bmp,5,5,80,85
  234. Ç D
  235.  11èThe correct Lewis structure for ê nitrate ion, NO╕ú, is ...
  236. @fig2523.bmp,10,65,515,60
  237. üèèè The nitrate ion contaïs 5 + 3(6) +1 = 24 valence electrons.
  238.     èè An additional electron was ïcluded for ê negative one
  239.     èè charge on ê ion.èSïce nitrogen is less electronegative
  240.     èè than oxygen, we expect than nitrogen will be ê central 
  241.     èè aëm.èNitrogen also forms more bonds than oxygen does.èThe
  242.     èè first structure is ê result ç combïïg ê oxygen aëms
  243.     èè ë ê nitrogen with sïgle bonds å ên ç completïg ê
  244.     èè octet on each oxygen.èThis procedure uses all ç ê val-
  245. èèèèèè ence electrons.èThe octet rule is satisfied on ê O aëms
  246. but not on ê nitrogen.èWe need ë share anoêr pair ç electrons be-
  247. tween any one ç ê oxygen aëms å ê nitrogen aëm.èThe fïal
  248. structure shows that ê octet rule is satisfied on all aëms.
  249. @fig2524.bmp,5,5,84,140
  250. Ç A
  251.  12èThe correct Lewis structure for ê thiocyanate ion, SCNú,
  252. èèèèèèis ...
  253. @fig2525.bmp,10,65,505,30
  254. üèèèWe need ê number ç valence electrons ï ê thiocyanate 
  255.     èèion.èSulfur is ï group 16, contributes 6 electrons, å 
  256.     èèusually forms two bonds.èCarbon is ï group 14, contributes
  257.     èè4 electrons, å usually forms four bonds.èNitrogen is ï
  258.     èègroup 15, contributes 5 electrons, å usually forms three
  259.     èèbonds.èThere are 16 valence electrons (6+4+5+1).èWe add one
  260.     èèelectron for ê net negative charge on ê ion.èWe put car-
  261. bon ï ê center because it forms more bonds.èThe first structure shows
  262. sïgle bonds ë ê carbon with ê remaïïg twelve electrons around S
  263. å N.èThis structure uses all ç ê electrons.èThe octet rule is
  264. satified on S å N but unsatisfied on carbon.èCarbon needs four more
  265. electrons or two more bonds.èSïce N forms three bonds, we form a triple
  266. bond between C å N.èNow, all aëms satisfy ê octet rule.
  267. @fig2526.bmp,5,5,72,116    
  268. Ç B
  269.  
  270.  
  271.  
  272.  
  273.  
  274.  
  275.  
  276.  
  277.  
  278.  
  279.