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。
H3O+ ルイス構造は、中心に酸素 (O) 原子があり、その周りを 3 つの水素 (H) 原子が取り囲んでいます。酸素原子 (O) と各水素原子 (H) の間には 3 つの単結合があります。酸素 (O) 原子上には孤立電子対が 1 つあります。酸素 (O) 原子には形式的には +1 の電荷があります。
上の H3O+ ルイス構造の画像から何も理解できなかった場合は、 H3O+ イオンのルイス構造を描画する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、H3O+ イオンのルイス構造を描く手順に進みましょう。
H3O+ ルイス構造を描く手順
ステップ 1: H3O+ イオンの価電子の総数を求める
H3O+ イオンの価電子の総数を求めるには、まず酸素原子と水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だけでなく酸素の価電子を簡単に求める方法を紹介します。
H3O+ イオンの総価電子
→ 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。
→ 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。 [2]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、
H3O+ イオンの総価電子= 3 つの水素原子によって供与された価電子 + 1 つの酸素原子によって供与された価電子 – 1 (+ve 電荷のため) = 1(3) + 6 – 1 = 8 。
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、与えられたイオンは H3O+ イオンであり、これには水素 (H) 原子と酸素 (O) 原子が含まれています。
上記の周期表で、水素 (H) 原子と酸素 (O) 原子の電気陰性度の値を確認できます。
水素 (H) と酸素 (O) の電気陰性度の値を比較すると、水素原子の方が電気陰性度が低くなります。しかし、ルールによれば、水素は外部に保管しなければなりません。
ここで、酸素 (O) 原子が中心原子であり、水素 (H) 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
さて、H3O 分子では、酸素原子 (O) と水素原子 (H) の間に電子対を配置する必要があります。
これは、H3O 分子内で酸素 (O) と水素 (H) が化学結合していることを示しています。
ステップ 4: 外部原子を安定化します。残りの価電子対を中心原子に配置します。
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 H3O 分子のスケッチでは、外側の原子が水素原子であることがわかります。
これらの外部水素原子は二重項を形成するため、安定です。
さらに、ステップ 1 では、H3O+ イオンに存在する価電子の総数を計算しました。
H3O+ イオンには合計8 つの価電子があり、上の図ではそのうち6 つの価電子のみが使用されています。
したがって、残っている電子の数 = 8 – 6 = 2 となります。
これら2 つの電子を、H3O 分子の上の図の中心の酸素原子に配置する必要があります。
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する
このステップでは、中心の酸素 (O) 原子が安定であるかどうかを確認する必要があります。
中心の酸素 (O) 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。
上の画像では、酸素原子がオクテットを形成していることがわかります。これは電子が8個あることを意味します。
したがって、中心の酸素原子は安定しています。
それでは、H3O 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、H3O 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、H3O 分子に存在する酸素原子 (O) と水素原子 (H) 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、H3O 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
酸素原子 (O) の場合:
価電子 = 6 (酸素は 16 族にあるため)
結合電子 = 6
非結合電子 = 2
| 正式な告発 | = | 価電子 | – | (結合電子)/2 | – | 非結合電子 | ||
| H | = | 1 | – | 2/2 | – | 0 | = | 0 |
| おお | = | 6 | – | 6/2 | – | 2 | = | +1 |
上記の形式的な電荷計算から、酸素 (O) 原子の電荷は+1であり、水素原子の電荷は0であることがわかります。
それでは、これらの電荷を H3O 分子のそれぞれの原子に保持してみましょう。
H3O 分子上のこの全体的な+1電荷は、以下の画像に示されています。
上記の H3O+ イオンのルイス 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。これにより、次の H3O+ イオン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)。