27.2.3 De Lewisformule van een molecuul bepalen

Soms is het lastiger om de Lewisformule van een molecuul te bepalen, of zijn er meerdere mogelijkheden. Ga bij het beoordelen van een Lewisformule na:

  • Het totaal aantal elektronenparen (bindingsparen en vrije elektronenparen) moet kloppen:
  • Het aantal elektronen moet gelijk zijn aan het aantal valentie-elektronen dat elk atoom bijdraagt, plus of min extra elektronen als het molecuul elektrisch geladen is.
  • Dat alle atomen minstens door een enkelvoudige binding aan de rest van het molecuul vastzitten. Een binding is op z’n hoogst drievoudig.
  • Dat elk atoom aan de octetregel voldoet.
    • Waterstof heeft altijd een enkelvoudige binding en geen vrije elektronenparen.
    • Andere atomen hebben bij voorkeur vier elektronenparen om zich heen.
    • Bij atoomsoorten in rij 3 en hoger (Si, P, S, Cl, Br, etc.) mag een atoom hypervalent zijn en dus meer dan vier elektronenparen om zich heen hebben.
  • Dat atomen een “redelijke” formele lading

$$\text{formele lading} = \text{normaal aantal valentie-elektronen} – \text{bindingsparen} = 2 \cdot \text{#vrije elektronenparen}$$

  • “Redelijk” betekent dat de formele lading zo dicht mogelijk bij nul zit.

Voorbeeld: Bepaal de Lewisformule voor het fosfaation, PO43-.

  • Een eerste begin staat rechts getekend.
  • Het P-atoom draagt 5 valentie-elektronen bij; elk O-atoom 2 valentie-elektronen. Het molecuul heeft –3 lading, dus een overschot van drie elektronen.
  • In totaal zijn er dus 5 + 4×6 + 3 = 32 elektronen beschikbaar, ofwel 16 elektronenparen.
  • Voeg aan elk zuurstofatoom drie vrije elektronenparen toe. Nu voldoet elk  atoom aan de octetregel, en zijn er inderdaad 16 elektronenparen gebruikt (4 binding, 12 vrij).
  • Bereken formele ladingen.
    • P-atoom: 5 – (4 + 2×0) = +1.
    • elk O-atoom: 6 – (1 + 2×3) = –1.
  • De formele ladingen zijn dus vrij klein. Het totaal is (+1) + 4x(–1) = –3, wat inderdaad de totale lading van het fosfaation is.
  • Deze Lewisstrucuur is niet slecht, maar kan verbeterd worden door een dubbele binding te gebruiken. Het P-atoom voldoet nu niet meer aan de octetregel, maar het mag hypervalent zijn. De formele ladingen zijn nu:
    • P-atoom: 5 – (5 + 2×0) = 0.
    • dubbelgebonden O-atoom: 6 – (2 + 2×2) = 0.
    • overige O-atomen: 6 – (1 + 2×3) = –1.
  • Deze formele ladingen liggen dichter bij nul en zijn dus beter. In werkelijkheid zal de structuur van PO43– een mengsel (ofwel resonantie) zijn van bovenstaande structuren.