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。
H2CO3 ルイス構造は、中心に炭素 (C) 原子があり、その周りに酸素 (O) 原子と 2 つの OH 基があります。炭素 (C) 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。 3 つの酸素 (O) 原子上に 2 つの非共有電子対があります。
H2CO3 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、 H2CO3のルイス構造の描画方法について段階的に詳細に説明しますので、このままお読みください。
それでは、H2CO3 分子のルイス構造を描く手順に進みましょう。
H2CO3 ルイス構造を描く手順
ステップ 1: H2CO3 分子内の価電子の総数を見つける
H2CO3分子内の価電子の総数を求めるには、まず水素原子、炭素原子、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、周期表を使って水素、炭素、酸素の価電子を簡単に求める方法を説明します。
H2CO3 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。
→ 炭素原子によって与えられる価電子:
炭素は周期表の第 14 族の元素です。 [2]したがって、炭素に存在する価電子は4です。
上の画像に示すように、炭素原子には 4 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、
H2CO3 分子内の総価電子= 2 つの水素原子によって供与された価電子 + 1 つの炭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(2) + 4 + 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、与えられた分子は H2CO3 であり、これには水素原子 (H)、炭素原子 (C)、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、上の周期表の炭素原子 (C) と酸素原子 (O) の電気陰性度の値がわかります。
炭素 (C) と酸素 (O) の電気陰性度の値を比較すると、炭素原子の方が電気陰性度が低くなります。
ここで、炭素 (C) 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、H2CO3 分子では、酸素 (O) 原子と水素 (H) 原子の間、および酸素 (O) と炭素 (C) 原子の間に電子対を配置する必要があります。
これは、H2CO3 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 H2CO3 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、H2CO3 分子内に存在する価電子の総数を計算しました。
H2CO3 分子には合計24 個の価電子があり、上の図ではこれらすべての価電子が使用されています。
したがって、中心の炭素原子上に保持すべき電子の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、中心の炭素原子 (C) が安定であるかどうかを確認する必要があります。
中心の炭素原子 (C) 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、ここでは炭素原子はオクテットを形成しません。炭素は電子が6個しかなく不安定です。
ここで、この炭素原子を安定させるには、炭素原子が 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。
この一対の電子を移動させた後、中心の炭素原子はさらに 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、炭素原子には 8 つの電子があるため、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、H2CO3 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、H2CO3 分子に存在する水素 (H)、炭素 (C)、酸素 (O) 原子の形式電荷を見つけなければなりません。
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、H2CO3 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
炭素原子 (C) の場合:
価電子 = 4 (炭素は 14 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
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
| 正式な告発 | = | 価電子 | – | (結合電子)/2 | – | 非結合電子 | ||
| H | = | 1 | – | 2/2 | – | 0 | = | 0 |
| VS | = | 4 | – | 8/2 | – | 0 | = | 0 |
| O (ダブルホップ) | = | 6 | – | 4/2 | – | 4 | = | 0 |
| O（単結合） | = | 6 | – | 4/2 | – | 4 | = | 0 |
上記の形式電荷の計算から、水素 (H)、炭素 (C)、および酸素 (O) 原子の形式電荷は「ゼロ」であることがわかります。
これは、H2CO3 の上記のルイス構造が安定であり、H2CO3 の上記の構造にさらなる変化がないことを示しています。
上記の H2CO3 のルイス ドット構造では、結合電子の各ペア (:) を単結合 (|) として表すこともできます。そうすると、次の H2CO3 のルイス構造が得られます。
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)。