高中化學競賽/路易斯結構式

八隅律

我們知道，在中學階段所學的原子形成共價鍵時，傾向於形成八電子穩定結構（氫為二電子），這個規則被稱為八隅律。

使用八隅律解釋第二周期元素形成的分子和離子的成鍵情況是較為成功的，雖然有三氟化硼等缺電子中心特例，但只是少數。不過，對於之後的元素，八隅律便顯得有些力不從心。例如液態和氣態的五氯化磷分子，中心原子磷的外圍有10個電子，屬多電子中心。這是因為磷的最外層有$3s$、$3p$和$3d$三個能級，顯然可以填充多於8個電子。固態的五氯化磷是由$PCl_{4}^{+}$和$PCl_{6}^{-}$離子組成的晶體，其中的$PCl_{4}^{+}$仍然符合八隅律。

路易斯結構式

我們已在中學化學中學習了電子式和結構式。從某個方面來講，路易斯結構式就是它們的結合——將電子式中的每一對共用電子對用短橫線代替，或是在結構式的各個原子周圍添加未成鍵電子（孤對電子）。

形式電荷

我們將路易斯結構式中代表共價鍵的短橫線「拆開」，每根短橫線代表的2個電子分別分給兩個成鍵原子。如果原子的外層電子數比其原本有的外層電子數多，我們便將其形式電荷記為負，多幾個就記為負幾；反之，少幾個就記為正幾。

如果我們寫出的路易斯結構式中所有原子的形式電荷都為0，或是電負性較大的原子比電負性較小的原子的形式電荷更負，那麼這個路易斯結構式便是相對合理的。

共振結構

對於某些分子，在不改變每個原子的位置的情況下，我們可能會寫出多種合理的路易斯結構式。例如：

有的同學會認為這是同一個路易斯結構式，因為將左側路易斯結構式旋轉便可得到右側的路易斯結構式。其實不然，左側的路易斯結構式中原子ab、cd、ef之間形成了碳碳雙鍵（請暫時不要思考大π鍵有關的內容，將苯環視為單雙建交替的結構），而右側的路易斯結構式中原子bc、de、af之間形成了碳碳雙鍵。這兩個路易斯結構式中雙鍵的位置均不相同，所以這是兩種路易斯結構式，其中每一種稱為一種「共振體」。我們使用符號「$\leftrightarrow$」來連接共振體。