루이스 전자점식(Lewis electron-dot diagram)

루이스 전자점식(Lewis electron-dot diagram)은 원자 사이에 몇개의 결합이 있는지 공명구조의 가능성이 있는지 보여준다. 이 글에서 소개하는 방법은 Moller가 개발하고 Malerich가 종합한 것으로 일반 화학 교과서에 있는 방법과는 약간 다를 수 있다. 분자 내에 존재하는 결합의 수를 계산하는 일반적인 방법은 다음 과정을 따르면 된다.

루이스 전자점식(Lewis electron-dot diagram) 그리는 법    

1. 각 원자가 독립적으로 있을 때 nomal valence structure를 충족시켜줄 전자의 수를 계산한다. 즉, 수소는 2개의 전자를, 나머지 원자들은 8개의 전자를 필요로 한다. NH₃와 NO₃^-를 그 예로 들어보자.

NH3
2개의 전자를 필요로 하는 3개의 수소	3 × 2 = 6
8개의 전자를 필요로 하는 1개의 질소	1 × 8 = 8
필요한 전자의 수	14

NO3-
8개의 전자를 필요로 하는 3개의 산소	3 × 8 = 24
8개의 전자를 필요로 하는 1개의 질소	1 × 8 = 8
필요한 전자의 수	32

2. 가지고 있는 원자가 전자 수를 계산한다. 만약 분자에 전하가 있다면, 음전하는 전하수만큼 전자의 수를 더해주고 양전하는 전하수만큼 전자의 수를 빼준다.

NH3
1개의 전자씩 가지고 있는 3개의 수소	3 × 1 = 3
5개의 전자를 가지고 있는 1개의 질소	1 × 5 = 5
전하 없음	0
가지고 있는 전자의 수	8

NO3-
6개의 전자씩 가지고 있는 3개의 산소	3 × 6 = 18
5개의 전자를 가지고 있는 1개의 질소	1 × 5 = 5
전하 = -1	1
가지고 있는 전자의 수	24

3. 가지고 있는 전자의 수와 필요로 하는 전자의 수의 차이를 구한다. 이 차이가 결합에 참여하는 전자의 수인데, 원자가 전자를 공유하기 때문에 중복으로 세어져 차이가 나는 것이기 때문이다.

NH3
14	필요로 하는 전자의  수
-8	가지고 있는 전자의 수
6	6개의 전자를 공유하므로 3개의 결합

NO3-
32	필요로 하는 전자의  수
-24	가지고 있는 전자의 수
8	8개의 전자를 공유하므로 4개의 결합

4. 계산한 결합의 숫자에 맞춰 분자를 그린다. NH₃는 세개의 결합을 가지고 있는데 각각의 수소가 하나씩 질소에 연결되어있다. 질산이온 NO₃^-처럼 단일결합의 숫자가 원자 사이에 가능한 단일결합의 수보다 많을 때는 이중결합, 삼중결합을 사용하면 된다. 질산이온의 경우엔 한개의 이중결합이 존재한다.

5. 2개의 전자, 즉 전자쌍을 가지고 있는 전자의 수 만큼 원자 주위에 채우면서, 각 원자가 8개의 전자를 가질 수 있도록 그린다. 단 수소의 경우엔 2개의 전자면 된다. 완성된 분자 구조는 아래에 그려놓았다.

결합에 쓰이지 않은 전자 2개를 비공유 전자쌍(lone pair)이라고 한다. 암모니아는 한개의 비공유전자쌍이 질소에 있다. 질산이온은 단일결합으로 연결된 산소는 3개의 비공유전자쌍을 가지고 있고, 이중결합으로 연결된 산소는 두개의 비공유전자쌍을 가진다. 

6. 질산 이온처럼 여러가지의 구조가 가능할 때는 모든 가능한 구조를 그려야한다. 실제 분자 구조는 가능한 구조들이 동일한 존재 확률을 갖고 공존해 있는 구조이며 이를 공명구조(resonance structure)이라고 한다. 각 구조들의 기여도는 형식전하로 따질 수 있다.