9.9 : 分子化合物及び多原子イオンのルイス構造

複雑な分子や分子イオンのルイス構造を描くには、以下の手順に従うといいでしょう。

1. 価（外殻）電子の総数を求めます。陽イオンの場合、正電荷1個につき電子1個を引きます。陰イオンの場合は、負の電荷1個につき電子1個を加えます。
2. 分子やイオンの骨格構造を、中心となる原子を中心に原子を配置して描いてみます。(一般的には、電気陰性度の低い元素を中心に配置します。) 各原子と中心原子を単結合（1つの電子対）で結びます。
3. 残りの電子を孤立電子対として末端原子（水素を除く）に分配し、各原子の周りにオクテットを完成させます。
4. 残りのすべての電子を中心原子に配置します。
5. 可能な限りオクテットになるように、外側の原子の電子を並べ替えて中心原子と多重結合させます。

例えば、この一般的なガイドラインを適用してルイス構造を決定する例として、SiH₄、CHO₂^–、NO⁺、OF₂を検討します。

1. 分子またはイオンの原価 ( 外殻 ) 電子の総数を求めます。  

SiH₄ のような分子では、分子の各原子の価電子の数が加算されます。

= [4 valence e ⁻ / Si Atom × 1 Si atom] + [1 valence e ⁻ /H atom × 4 H atoms] = 8 valence e ⁻

CHO2 ^-

CHO₂^-のような陰イオンの場合、原子の価電子の数とイオンの負電荷の数が加算されます（1つの負電荷に対して1つの電子が得られる）。

= [4 valence e ⁻ /C atom × 1 C atom ] + [1 valence e ⁻ /H atom × 1 H atom ] + [6 valence e ⁻ /O atom × 2 O atoms] + [1 additional e ⁻ ] = 18 valence e ⁻

NO ⁺

NO+のような正イオンの場合、イオンを構成する原子の価電子の数を加算した後、価電子の総数からイオンの正電荷の数（正電荷1個につき電子1個が失われる）を減算します。

= [5 valence e ⁻ /N atom × 1 N atom ] + [6 valence e ⁻ /O atom × 1 O atom ] + [-1 e ⁻ ] = 10 valence e ⁻

OF ₂

OF₂は中性分子なので、価電子の数は単純に加算されます。

= [6 valence e⁻/O atom × 1 O atom] + [7 valence e⁻/F atom × 2 F atoms] = 20 valence e⁻

2. 分子またはイオンの骨格構造を描く。中心原子の周りに原子を配置し、各原子と中心原子を単結合（1電子対）で結びます。(なお、イオンは構造体を括弧で囲み、イオン電荷は括弧の外に記載しています：）。
   
   CHO₂⁻のように複数の原子配置が可能な場合は、実験的証拠をもとに正しいものを選択します。一般的には、電気陰性度の低い元素が中心原子になりやすいと言われています。CHO₂⁻では、電気陰性度の低い炭素原子が中心に位置し、その周りを酸素原子と水素原子が取り囲んでいます。他の例としては、POCl₃のP、SO₂のS、ClO₄⁻のClなどがあります。例外として、水素が中心原子になることはほとんどありません。最も電気陰性な元素であるフッ素も中心原子にはなれません。
3. 残りの電子を孤立電子対として末端原子（水素を除く）に分配し、原子価殻に8個の電子を完成させます。(SiH₄には電子が残っていないので、構造は変わらない)
   
4. 残りのすべての電子を中心原子に配置します
   • SiH₄、CHO₂⁻、NO⁺では、残りの電子はありません。OFでは、16個の電子のうち12個が配置され、4個の電子が中心原子に配置されます。
     
5. 外側の原子の電子を並べ替えて中心の原子と多重結合させ、可能な限りオクテットにします。
   • SiH₄ ： Si にはすでにオクテットがあるので、何もする必要はありません。  
     
   • CHO2 ⁻：価電子は酸素原子上で孤立電子対として分配されますが、炭素原子にはオクテットがありません。  
     
   • そのため、一方の酸素から炭素原子に孤立電子が1つ提供され、二重結合が形成されます。どちらの酸素原子から電子が提供されたかによって、2つの構造が考えられます。  
   • NO⁺ ：このイオンでは、8個の価電子が追加されていますが、どちらの原子もオクテットを持っていません。電子の総量はすでに使い切っているので、さらに電子を追加することはできません。このシナリオでは、多重結合を形成するために電子を移動させる必要があります。窒素原子には2つの孤立電子対があり、酸素原子には1つあります。  
     
   • これでもオクテットは生成されないため、別のペアを移動して三重結合を形成する必要があります。
      
   • OF₂では、各原子がすでにオクテットを持っているため、何も変化しません。
     

このテキストは 、 Openstax, Chemistry 2e, Section 7.3: Lewis Symbols and Structures から引用しています。