5.3: Lewisdiagram

Lewis använde enkla diagram (nu kallade Lewisdiagram) för att hålla reda på hur många elektroner som fanns i det yttersta skalet, eller valensskalet, hos en viss atom. Atomens kärna, dvs. kärnan tillsammans med de inre elektronerna, representeras av den kemiska symbolen, och endast valenceelektronerna ritas som prickar som omger den kemiska symbolen. Således kan de tre atomer som visas i figur 1 från Electrons and Valence representeras av följande Lewisdiagram:

Om atomen är en ädelgasatom är två alternativa tillvägagångssätt möjliga. Antingen kan vi anse att atomen har noll valenselektroner eller så kan vi betrakta det yttersta fyllda skalet som valensskalet. De tre första ädelgaserna kan således skrivas som:

Märk från föregående exempel att Lewisdiagrammen för alkalimetallerna är identiska med undantag för deras kemiska symboler. Detta stämmer väl överens med alkalimetallernas mycket likartade kemiska beteende. På samma sätt ser Lewisdiagrammen för alla grundämnen i andra grupper, t.ex. alkaliska jordartsmetaller eller halogener, likadana ut.

Lewisdiagrammen kan också användas för att förutsäga grundämnenas valenser. Lewis föreslog att antalet valenser hos en atom var lika med antalet elektroner i dess valensskal eller med det antal elektroner som skulle behöva läggas till valensskalet för att uppnå den elektroniska skalstrukturen hos nästa ädelgas. Som ett exempel på denna idé kan vi betrakta grundämnena Be och O. Deras Lewisdiagram och ädelgaserna He och Ne är

Vid jämförelse mellan Be och He ser vi att den förstnämnda har två fler elektroner och därför borde ha valensen 2. Grundämnet O skulle kunna förväntas ha valensen 6 eller 2, eftersom det har sex valenselektroner, två färre än Ne. Med hjälp av valensregler som utvecklats på detta sätt kunde Lewis förklara den regelbundna ökningen och minskningen av subscripts för föreningarna i den tabell som återfinns i avsnittet om valens och som återges här. Dessutom kunde han förklara mer än 50 procent av formlerna i tabellen. (De som stämmer överens med hans idéer är skuggade i färg i tabellen. Du kanske vill hänvisa till den tabellen nu och kontrollera att några av de angivna formlerna följer Lewis’ regler). Lewis framgång i detta sammanhang gav en tydlig indikation på att elektroner var den viktigaste faktorn för att hålla ihop atomer när molekyler bildades.

Trots dessa framgångar finns det också svårigheter att finna i Lewis teorier, särskilt för grundämnen bortom kalcium i det periodiska systemet. Grundämnet Br (Z = 35) har till exempel 17 fler elektroner än ädelgasen Ar (Z = 18). Detta leder oss till slutsatsen att Br har 17 valenceelektroner, vilket gör det besvärligt att förklara varför Br liknar Cl och F så mycket trots att dessa två atomer bara har sju valenceelektroner.