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。
O3 ルイス構造には 3 つの酸素 (O) 原子があります。酸素 (O) 原子間には二重結合が 1 つと単結合が 1 つあります。中心の酸素原子には 1 つの非共有電子対があり、二重結合の酸素原子には 2 つの非共有電子対があり、単結合の酸素原子には 3 つの非共有電子対があります。
O3 (オゾン) のルイス構造の上記の画像を見て何も理解できなかった場合は、 O3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。
それでは、O3 のルイス構造を描く手順に進みましょう。
O3 ルイス構造を描画する手順
ステップ 1: O3 分子内の価電子の総数を見つける
O3 (オゾン) 分子内の価電子の総数を調べるには、まず 1 つの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、周期表を使って酸素の価電子を簡単に求める方法を説明します。
O3 分子内の総価電子
→ 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。 [1]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、
O3 分子内の総価電子 = 6(3) = 18。
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。
ここで、与えられた分子は O3 (オゾン) です。 3 つの原子はすべて同一であるため、任意の原子を中心原子として選択できます。
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、O3 分子では、3 つの酸素 (O) 原子の間に電子対を配置する必要があります。
これは、O3 分子内で 3 つの酸素 (O) 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 O3 分子のスケッチでは、外側の原子が酸素原子のみであることがわかります。
これらの外部酸素原子はオクテットを形成するため、安定しています。
さらに、ステップ 1 では、O3 分子内に存在する価電子の総数を計算しました。
O3 分子には合計18 個の価電子があり、上の図ではそのうち16 個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 = 18 – 16 = 2 となります。
これら2 つの電子を、上の O3 分子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。
残念ながら、ここでは中心の酸素原子はオクテットを形成しません。この酸素は電子が 6 個しかなく、不安定です。
ここで、この酸素原子を安定させるには、中心の酸素原子が 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、中心の酸素原子はさらに 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、中心の酸素原子が 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、O3 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、O3 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、O3 分子に存在するすべての酸素 (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、O3 分子の各原子の結合電子と非結合電子の数がわかります。
中心の酸素原子 (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
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 = 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 | ||
| O（中央） | = | 6 | – | 6/2 | – | 2 | = | +1 |
| O（単結合） | = | 6 | – | 4/2 | – | 4 | = | 0 |
| O (ダブルホップ) | = | 6 | – | 2/2 | – | 6 | = | -1 |
上記の形式的な電荷計算から、中心の酸素 (O) 原子は+1の電荷を持ち、二重結合酸素原子は-1 の電荷を持っていることがわかります。
これらの電荷を最小限に抑えるために、電子対をさらに移動させようとすると、中心の酸素原子には8 + 2 = 10個の電子が存在することになります。
しかし、酸素原子には電子を 10 個保持する能力はありません。したがって、O3 の上記のルイス構造は安定です。
上記の O3 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、O3 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)。