Elektron Nokta Yapısı Nasıl Çizilir?

Elektron nokta gösteriminin tanımı ve amacı

Elektron nokta gösterimi, bir element sembolünün çevresine değerlik elektronlarının noktalarla yerleştirilmesidir. Değerlik elektronları atomun en dış enerji düzeyinde bulunan ve kimyasal bağ oluşumunda rol alan elektronlardır. Atom sembolü çekirdeği ve iç katmanları, çevresindeki noktalar ise bağ davranışında dikkate alınan dış elektronları temsil eder.

Bu gösterim moleküllere uygulandığında Lewis yapısı adını alır. Atomlar bazı elektron çiftlerini ortaklaşa kullanabilir; ortak kullanılan bir çift iki atom arasında çizgiyle gösterilir. Ortaklaşmayan elektronlar ise atomun yanında nokta çiftleri olarak bırakılır. Örneğin Cl2 molekülünde iki klor atomu bir elektron çiftini paylaşır. Her klorun ayrıca üç ortaklanmamış elektron çifti bulunur; böylece her klor atomunun çevresinde toplam sekiz değerlik elektronu gösterilir.

Gösterimin amacı, molekülün hangi atomlarının birbirine bağlandığını ve hangi elektron çiftlerinin bağa katılmadığını tek bir çizim üzerinde görünür kılmaktır. Bu nedenle elektron nokta yapısı, basit kovalent bağların elektron ortaklaşmasıyla ilişkilendirilmesini kolaylaştırır.

Değerlik elektronlarının belirlenmesi

Değerlik elektronları, atomun en dış enerji düzeyindeki elektronlardır. Elektron nokta sembolünde kullanılacak nokta sayısı bu elektronların sayısına eşittir. Ana grup elementlerinde periyodik tablodaki grup bilgisi, değerlik elektronlarını belirlemede kullanılır: 1. grup elementlerinde genellikle 1, 2. grup elementlerinde 2; 13-18. gruplarda ise grup numarasının birler basamağına karşılık gelen 3-8 değerlik elektronu bulunur. Helyum, birinci enerji düzeyi en fazla iki elektron alabildiği için iki değerlik elektronuna sahiptir.

Belirleme işlemi, önce elementin periyodik tablodaki grubunu bulup sonra bu gruba karşılık gelen dış elektron sayısını almaya dayanır. Örneğin karbon 14. gruptadır ve 4 değerlik elektronu vardır. Azot 15. grupta olduğu için 5, oksijen 16. grupta olduğu için 6, flor ise 17. grupta olduğu için 7 değerlik elektronuna sahiptir. Bu sayılar, ilgili atom sembolünün çevresine yerleştirilecek noktaların toplamını verir.

Elektron dizilimi bu sayıyı anlamaya yardımcı olur. Atomlarda elektronlar düşük enerjili orbitallerden başlayarak daha yüksek enerjili orbitallere yerleşir; dış kabukta kalan elektronlar değerlik elektronları olarak ele alınır. Örneğin lityumun içteki iki elektronundan sonra dış düzeyinde bir elektronu bulunur. Bu yüzden lityumun elektron nokta sembolünde Li çevresinde bir nokta gösterilir. Karbon içinse C sembolünün çevresinde dört nokta bulunur.

Tek atomların elektron nokta sembolleri

Tek atomun elektron nokta sembolünü çizmek için element sembolü yazılır ve değerlik elektronları sembolün dört tarafına yerleştirilir. İlk elektronlar mümkün olduğunca farklı taraflara tek nokta olarak konur; eşleşen elektronlar daha sonra aynı tarafta çift oluşturur. Böylece toplam nokta sayısı, atomun değerlik elektronlarının sayısına eşit kalır.

Örneğin azotun 5 değerlik elektronu vardır. N sembolünün çevresinde bir ortaklanmamış elektron çifti ve üç tek elektron gösterilir. Oksijenin 6 değerlik elektronu olduğundan iki elektron çifti ve iki tek elektron bulunur. Klorun 7 değerlik elektronu ise üç elektron çifti ve bir tek elektron biçiminde gösterilir. Bu tek elektronlar, basit moleküllerde başka atomların tek elektronlarıyla eşleşerek ortak elektron çiftleri oluşturabilir.

Basit moleküllerde toplam değerlik elektronu hesabı

Bir Lewis yapısını çizmeye başlamadan önce moleküldeki bütün atomların değerlik elektronları toplanır. Nötr bir molekülde toplam değerlik elektronu, her atomun değerlik elektronlarının atom sayısıyla çarpılıp toplanmasıyla bulunur. Bu toplam, çizimde kullanılabilecek elektronların tamamını belirler; yapı çizilirken bu sayıdan daha fazla ya da daha az elektron kullanılmamalıdır.

Örneğin H2O için iki hidrojenin her birinden 1, oksijenden 6 elektron gelir: toplam değerlik elektronu 2 × 1 + 6 = 8'dir. OF2 için oksijenden 6, iki flordan 2 × 7 elektron gelir ve toplam 20 elektron bulunur. Bu 20 elektronun bir kısmı bağ çiftleri, kalan kısmı ise ortaklanmamış elektron çiftleri olarak yerleştirilir.

Yüklü taneciklerde yük de hesaba katılır. Negatif yük başına toplam değere bir elektron eklenir; pozitif yük başına bir elektron çıkarılır. Örneğin tek negatif yüklü bir iyonun elektron toplamı, nötr atomların toplamından bir elektron fazladır. Bu işlem özellikle moleküler iyonların Lewis yapısını çizerken elektron sayısının doğru tutulmasını sağlar.

Bağ çizgileri ve ortaklanmamış elektron çiftleri

İki atom tarafından ortaklaşa kullanılan bir elektron çifti, Lewis yapısında iki atom arasına çizilen tek bir çizgiyle gösterilir. Bu çizgi tek bağdır ve bir bağ elektron çifti, yani iki elektron anlamına gelir. Atomların bağa katılmayan elektronları ise ortaklanmamış elektron çifti olarak atomun çevresinde nokta şeklinde gösterilir.

Örneğin Cl2 molekülünde her klor atomunun birer eşleşmemiş elektronu, bu iki elektronun ortaklaşmasıyla bir bağ çifti oluşturur. Yapı Cl—Cl biçiminde yazılabilir. Her Cl atomunun çevresinde bağ çizgisinin temsil ettiği iki elektrona ek olarak üç ortaklanmamış elektron çifti bulunur. Böylece her klor sekiz değerlik elektronuna ulaşır.

Bağ çizgisi kullanıldığında iki elektronu ayrı ayrı nokta olarak tekrar saymamak gerekir; çizginin kendisi zaten bir ortak elektron çiftini gösterir. Örneğin H—H yapısındaki çizgi, iki hidrojen arasında ortaklaşan iki elektrondur. Hidrojenin çevresinde sekiz değil, birinci enerji düzeyinin alabileceği iki elektron hedeflenir.

Bazı yapılarda tek bağlar yerleştirildikten sonra merkez atomun okteti tamamlanmıyorsa, ortaklanmamış bir elektron çifti bağ bölgesine taşınarak çift veya üçlü bağ oluşturulabilir. Örneğin oksijen atomlarının karbonla bağlandığı basit bir yapıda karbonun çevresinde yeterli elektron yoksa bir oksijenle ortak elektron çifti daha paylaşılabilir. Böylece tek çizgi yerine çoklu bağ gösterimi ortaya çıkar.

Basit Lewis yapılarının çizim basamakları

Basit bir Lewis yapısını çizerken aşağıdaki sıra izlenir:

1. Molekül ya da iyon içindeki tüm atomların toplam değerlik elektronlarını hesapla. İyon varsa negatif yükleri ekle, pozitif yükleri çıkar.
2. Atomların iskeletini oluştur. Genellikle daha az elektronegatif olan atom merkezde bulunur. Hidrojen çoğunlukla merkez atom seçilmez; flor da merkezde bulunmaz.
3. Merkez atom ile çevresindeki atomlar arasına birer tek bağ çiz. Her tek bağ, toplam elektron sayısından iki elektron kullanır.
4. Kalan elektronları önce hidrojen dışındaki uç atomlara ortaklanmamış çiftler olarak yerleştir. Uç atomların dış elektron düzenini tamamlamaya çalış.
5. Hâlâ elektron kaldıysa bunları merkez atomun çevresine yerleştir.
6. Merkez atomun dış elektron düzeni tamamlanmıyorsa, uç atomlardaki ortaklanmamış çiftlerden birini bağ bölgesine taşıyarak çoklu bağ oluşturmayı değerlendir.
7. En sonda kullanılan toplam elektronları yeniden say ve her atomun çevresindeki elektronları kontrol et.

Örnek olarak OF2 molekülünü ele alalım. Oksijen 6, her flor 7 değerlik elektronuna sahip olduğundan toplam 20 elektron vardır. Oksijen merkezde, florlar uçta olacak şekilde F—O—F iskeleti kurulur ve iki tek bağ için 4 elektron kullanılır. Kalan 16 elektronun önce her floru tamamlamak için 12 elektronu, yani her florun üç ortaklanmamış çifti, yerleştirilir. Geriye kalan 4 elektron oksijenin üzerine iki ortaklanmamış çift olarak konur. Böylece oksijen iki bağ ve iki ortaklanmamış çiftle, her flor ise bir bağ ve üç ortaklanmamış çiftle gösterilir.

NH3 için de benzer bir yol izlenir. Azotun 5, üç hidrojenin toplam 3 değerlik elektronu vardır; toplam 8 elektron bulunur. Azot merkezde seçilir, üç N—H tek bağı kurularak 6 elektron kullanılır ve kalan 2 elektron azot üzerinde bir ortaklanmamış çift olarak gösterilir. Hidrojenlerin ikili düzeni, azotun ise sekiz elektronlu düzeni kontrol edilerek yapı tamamlanır.

Dublet ve oktet kuralıyla temel doğrulama

Lewis yapısının temel doğrulamasında, hidrojen dışındaki birçok ana grup atomunun çevresinde sekiz elektron bulunup bulunmadığı kontrol edilir. Bu eğilim oktet kuralı olarak adlandırılır. Bir atomun bağ çizgilerindeki elektronlar ile ortaklanmamış çiftlerindeki elektronlar birlikte sayılır. Örneğin oksijen iki tek bağ ve iki ortaklanmamış çift taşıyorsa çevresinde 4 + 4 = 8 elektron vardır.

Hidrojen için kontrol farklıdır: Birinci enerji düzeyi en fazla iki elektron alabildiği için hidrojenin bir tek bağla çevresinde iki elektron bulunması yeterlidir. Helyum da iki elektronla dolu bir dış düzeye sahiptir; bu nedenle hidrojen ve helyum için dublet kuralı kullanılır. Çizimde önce elektronların toplam sayısının doğru olduğundan, sonra uç atomların ve merkez atomun bu temel düzene uyduğundan emin olunmalıdır.

Oktet kuralı özellikle ikinci periyot elementleri olan karbon, azot, oksijen ve flor için basit yapılarda kullanışlıdır. Bununla birlikte kuralın yaygın istisnaları vardır; eksik oktet ve genişlemiş oktet gibi durumların ayrıntıları ayrı bir konudur.

Lewis yapısının sınırları

Lewis yapısı, atomların bağlantısını ve elektron çiftlerinin yerleşimini gösterir; molekülün uzaydaki gerçek şeklini tek başına açıklamaz. Molekül geometrisini belirlemek için elektron çiftlerinin birbirini itmesini inceleyen VSEPR yaklaşımı kullanılır.