路以士結構I（Lewis structure I）

路以士結構I（Lewis structure I）
高雄市立高雄高級中學化學科陳藝菁老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

路以士結構（Lewis structures）也被稱為路以士點圖（Lewis-dot diagrams）、電子點圖（Electron-dot diagrams）或電子點結構（Electron-dot structures），用以表示分子中的原子鍵結及可能存在的孤對電子。路以士結構能用以描繪共價鍵結分子和配位化合物（coordination compounds）。1916年，路以士（Gilbert N. Lewis）於「原子與分子」（The Atom and the Molecule）的文章中，開始使用這種圖示法。路以士結構與電子點圖相似，但路以士結構是以線表示原子間的共用電子對，以電子點表示孤對電子，當共用電子為一對時以單線表示，兩對時以雙線表示…。路以士結構顯示出分子結構中毎一個原子的相對位置，原子間以線連結（也可用一對點表示），多出來的孤對電子則以一對、一對的點形式畫在原子旁。

路以士結構中的電子總數即是分子中所有中性原子價電子數的和。當分子的價殼層有八個電子時，無論這些電子是否參與鍵結，分子都會特別穩定，此即為八隅體法則（octet rule）。這個法則適用於酸性化合物。但由第四週期起，原子更適宜用18電子法則（18-Electron rule）。18電子法則是指軌域中的價電子數達18個時，其電子組態與惰性氣體的電子組態相同，分子會特別穩定。而更後面的第六週期起，則又有類似的32電子法則。除了有機化合物，僅有少數化合物能滿足八隅體。第2與13族（如鈹（beryllium）、硼（boron）和鋁（aluminium））的化合物，其中心原子的價電子數，常不足八個；第15到18族（如磷（phosphorus）、硫（sulfur）、碘（iodine）和氙（xenon））的化合物，其中心原子則常見超過8個的情形，被稱為超價（hypervalent）分子。
描繪路以士結構時，首要便是計算價電子個數，算出分子中全部價電子總數後，接著便是將電子呈現於結構中。呈現電子的步驟首先為標示孤對電子於較外層的原子，使其鍵結電子與孤對電子數能達八個，接著將剩下的孤對電子置於中心原子。若有懷疑，則先將孤對電子置於陰電性較高的原子上。當所有的孤對電子置好後，有些原子（尤其是中心原子）可能並未滿足八隅體，這時原子間必須形成雙鍵，所以移動孤對電子在兩原子間形成第二條鍵。當兩原子共用鍵結電子時，原帶有孤對電子的原子仍滿足八隅體，而原未滿足八隅體的原子則在價殼層中增加兩個電子。多原子的離子團也以相同方法描繪，但計算電子時帶負電的離子需將多出的電子置入結構中；帶正電的離子則因比中性原子少電子，而需扣除電子。繪圖時將離子結構置於括號中，而將價數以上標方式標示於括號外右上角。還有另一種較簡單的路以士結構建構法，則是先算出各原子的價電子數，將原子間的價電子成鍵，陰、陽離子則先繪出中性分子後，再由適當的原子增加或抽去電子。此建構法可配合鍵數的計算而快速得出其結構。其中的訣竅是算出分子中每個原子滿足八隅體所需的總電子數（H只需2個電子）與分子的總價電子數間的差值，此差值即是成鍵的電子數。繪出鍵結後，剩餘的價電子則以孤對電子的形式補滿原子，使原子滿足八隅體。

註：Lewis有時譯為路易斯。

參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Lewis structure