高中化学竞赛/路易斯结构式

八隅律

我们知道，在中学阶段所学的原子形成共价键时，倾向于形成八电子稳定结构（氢为二电子），这个规则被称为八隅律。

使用八隅律解释第二周期元素形成的分子和离子的成键情况是较为成功的，虽然有三氟化硼等缺电子中心特例，但只是少数。不过，对于之后的元素，八隅律便显得有些力不从心。例如液态和气态的五氯化磷分子，中心原子磷的外围有10个电子，属多电子中心。这是因为磷的最外层有$3s$、$3p$和$3d$三个能级，显然可以填充多于8个电子。固态的五氯化磷是由$PCl_{4}^{+}$和$PCl_{6}^{-}$离子组成的晶体，其中的$PCl_{4}^{+}$仍然符合八隅律。

路易斯结构式

我们已在中学化学中学习了电子式和结构式。从某个方面来讲，路易斯结构式就是它们的结合——将电子式中的每一对共用电子对用短横线代替，或是在结构式的各个原子周围添加未成键电子（孤对电子）。

形式电荷

我们将路易斯结构式中代表共价键的短横线“拆开”，每根短横线代表的2个电子分别分给两个成键原子。如果原子的外层电子数比其原本有的外层电子数多，我们便将其形式电荷记为负，多几个就记为负几；反之，少几个就记为正几。

如果我们写出的路易斯结构式中所有原子的形式电荷都为0，或是电负性较大的原子比电负性较小的原子的形式电荷更负，那么这个路易斯结构式便是相对合理的。

共振结构

对于某些分子，在不改变每个原子的位置的情况下，我们可能会写出多种合理的路易斯结构式。例如：

有的同学会认为这是同一个路易斯结构式，因为将左侧路易斯结构式旋转便可得到右侧的路易斯结构式。其实不然，左侧的路易斯结构式中原子ab、cd、ef之间形成了碳碳双键（请暂时不要思考大π键有关的内容，将苯环视为单双建交替的结构），而右侧的路易斯结构式中原子bc、de、af之间形成了碳碳双键。这两个路易斯结构式中双键的位置均不相同，所以这是两种路易斯结构式，其中每一种称为一种“共振体”。我们使用符号“$\leftrightarrow$”来连接共振体。