上の画像はもう見たはずですよね？
上の画像について簡単に説明します。
HNO3 (硝酸) のルイス構造は、中心に窒素 (N) 原子があり、その周りを 2 つの酸素 (O) 原子と OH 基が取り囲んでいます。窒素 (N) 原子と酸素 (O) 原子の間には二重結合が 1 つあり、残りの原子は単結合です。
HNO3 (硝酸) のルイス構造の上記の画像から何も理解できなかった場合は、 HNO3のルイス構造の描画に関する詳細なステップバイステップの説明が表示されます。
それでは、HNO3 のルイス構造を描く手順に進みましょう。
HNO3 ルイス構造を描画する手順
ステップ 1: HNO3 分子内の価電子の総数を求める
HNO3分子内の価電子の総数を求めるには、まず水素原子、窒素原子、酸素原子に存在する価電子を知る必要があります。
(価電子は、原子の最も外側の軌道に存在する電子です。)
ここでは、周期表を使用して水素、窒素、酸素の価電子を簡単に見つける方法を説明します。
HNO3 分子内の総価電子
→ 水素原子によって与えられる価電子：
水素は周期表の第 1 族元素です。 [1]したがって、水素に存在する価電子は1です。
上の図に示すように、水素原子には価電子が 1 つだけ存在していることがわかります。
→ 窒素原子によって与えられる価電子：
窒素は、周期表の第 15 族の元素です。 [2]したがって、窒素中に存在する価電子は5です。
上の画像に示すように、窒素原子には 5 つの価電子が存在することがわかります。
→ 酸素原子によって与えられる価電子:
酸素は、周期表の第 16 族の元素です。 [3]したがって、酸素に存在する価電子は6です。
上の画像に示すように、酸素原子には 6 つの価電子が存在することがわかります。
それで、
HNO3 分子内の総価電子= 1 つの水素原子によって供与された価電子 + 1 つの窒素原子によって供与された価電子 + 3 つの酸素原子によって供与された価電子 = 1 + 5 + 6(3) = 24 。
ステップ 2: 中心原子を選択する
中心原子を選択するには、最も電気陰性度の低い原子が中心に残ることを覚えておく必要があります。
(覚えておいてください:指定された分子内に水素が存在する場合は、常に水素を外側に配置してください。)
ここで、指定された分子は HNO3 (硝酸) であり、水素原子 (H)、窒素原子 (N)、酸素原子 (O) が含まれています。
したがって、ルールに従って水素を排除しなければなりません。
これで、上記の周期表の窒素 (N) 原子と酸素 (O) 原子の電気陰性度の値がわかります。
窒素（N）と酸素（O）の電気陰性度の値を比較すると、窒素原子の方が電気陰性度が低くなります。
ここで、窒素 (N) 原子が中心原子であり、酸素 (O) 原子が外側の原子です。
ステップ 3: 各原子の間に電子対を配置して各原子を接続する
ここで、HNO3 分子では、酸素 (O) 原子と水素 (H) 原子の間、および酸素 (O) 原子と窒素 (N) 原子の間に電子対を配置する必要があります。
これは、HNO3 分子内でこれらの原子が互いに化学結合していることを示しています。
ステップ 4: 外部原子を安定化する
このステップでは、外部原子の安定性をチェックする必要があります。
ここの HNO3 分子のスケッチでは、外側の原子が水素原子と酸素原子であることがわかります。
これらの水素原子と酸素原子はそれぞれ二重項と八重項を形成するため、安定しています。
さらに、ステップ 1 では、HNO3 分子内に存在する価電子の総数を計算しました。
HNO3 分子には合計24 個の価電子があり、これらすべての価電子が上の HNO3 の図で使用されています。
したがって、中心の窒素原子上に保持する電子対はもう存在しません。
それでは、次のステップに進みましょう。
ステップ 5: 中心原子のオクテットを確認します。オクテットがない場合は、非共有電子対を移動して二重結合または三重結合を形成します。
このステップでは、中心の窒素 (N) 原子が安定であるかどうかを確認する必要があります。
中心の窒素 (N) 原子の安定性を確認するには、それがオクテットを形成しているかどうかを確認する必要があります。
残念ながら、ここでは窒素原子はオクテットを形成しません。窒素は電子が6個しかなく、不安定です。
この窒素原子を安定させるには、窒素原子が 8 個の電子 (つまり 1 オクテット) を持つことができるように、外側の酸素原子の電子対をシフトする必要があります。
この電子対を移動させた後、中心の窒素原子はさらに 2 個の電子を受け取り、その合計電子数は 8 個になります。
上の画像では、窒素原子が 8 個の電子を持っているため、オクテットを形成していることがわかります。
それでは、上記のルイス構造が安定であるかどうかを確認する最後のステップに進みましょう。
ステップ 6: ルイス構造の安定性を確認する
これで、HNO3 のルイス構造の安定性を確認する必要がある最後のステップに到達しました。
ルイス構造の安定性は、形式電荷概念を使用して検証できます。
つまり、HNO3 分子に存在する水素 (H)、窒素 (N)、酸素 (O) 原子の形式電荷を見つける必要があります。
正式な税金を計算するには、次の式を使用する必要があります。
形式電荷 = 価電子 – (結合電子)/2 – 非結合電子
下の画像では、HNO3 分子の各原子の結合電子と非結合電子の数を確認できます。
水素原子 (H) の場合:
価電子 = 1 (水素はグループ 1 にあるため)
結合電子 = 2
非結合電子 = 0
窒素原子 (N) の場合:
価電子 = 5 (窒素は 15 族にあるため)
結合電子 = 8
非結合電子 = 0
二重結合した酸素 (O) 原子の場合:
価電子 = 6 (酸素は 16 族にあるため)
結合電子 = 4
非結合電子 = 4
左側の単結合酸素 (O) 原子の場合:
価電子 = 6 (酸素は 16 族にあるため)
結合電子 = 4
非結合電子 = 4
まっすぐな単結合酸素 (O) 原子の場合:
価電子 = 6 (酸素は 16 族にあるため)
結合電子 = 2
非結合電子 = 6
| 正式な告発 | = | 価電子 | – | (結合電子)/2 | – | 非結合電子 | ||
| H | = | 1 | – | 2/2 | – | 0 | = | 0 |
| ない | = | 5 | – | 8/2 | – | 0 | = | +1 |
| O (ダブルホップ) | = | 6 | – | 4/2 | – | 4 | = | 0 |
| O (単結合、左) | = | 6 | – | 4/2 | – | 4 | = | 0 |
| O (単結合、右) | = | 6 | – | 2/2 | – | 6 | = | -1 |
上記の正式な電荷計算から、窒素 (N) 原子は+1の電荷を持ち、単結合酸素原子 (右側) は-1の電荷を持っていることがわかります。
それでは、これらの電荷を HNO3 分子のそれぞれの原子に保持してみましょう。
上のスケッチの+1と-1 の電荷はキャンセルされ、HNO3 の上記のルイス ドット構造は安定なルイス構造です。
上記の HNO3 のルイス ドット構造では、各結合電子対 (:) を単結合 (|) として表すこともできます。そうすると、HNO3 は次のようなルイス構造になります。
上記の手順をすべて完全に理解していただければ幸いです。
さらに練習して理解を深めたい場合は、以下にリストされている他のルイス構造を試してみてください。
理解を深めるために、次のルイス構造を試してください (または少なくとも見てください)。