5.3: Lewis-diagramok

Lewis egyszerű diagramokat (ma Lewis-diagramoknak hívják) használt annak nyomon követésére, hogy hány elektron volt jelen egy adott atom legkülső vagy vegyértékű héjában. Az atommagot, azaz a magot a belső elektronokkal együtt a kémiai szimbólum képviseli, és csak a vegyértékelektronok rajzolódnak ki a kémiai szimbólumot körülvevő pontokként. Így az 1. ábrán látható három atom az elektronokból és a Vegyértékből a következő Lewis-diagramokkal ábrázolható:

Ha az atom nemesgáz atom, két alternatív eljárás lehetséges. Vagy úgy tekinthetjük, hogy az atom nulla vegyértékűségű elektronokkal rendelkezik, vagy a legkülső kitöltött héjat vegyértékhéjnak tekinthetjük. Az első három nemesgáz így írható:

az előző példából vegye figyelembe, hogy az alkálifémek Lewis-diagramjai kémiai szimbólumaik kivételével azonosak. Ez szépen megegyezik az alkálifémek nagyon hasonló kémiai viselkedésével. Hasonlóképpen, a Lewis-diagramok más csoportok összes elemére, például az alkáliföldekre vagy a halogénekre, ugyanúgy néznek ki.

A Lewis-diagramok felhasználhatók az elemek vegyértékeinek előrejelzésére is. Lewis azt javasolta, hogy egy atom vegyértékeinek száma megegyezzen a vegyértékhéjában lévő elektronok számával vagy azon elektronok számával, amelyeket hozzá kell adni a vegyértékhéjhoz a következő nemesgáz elektronikus héjszerkezetének eléréséhez. Az ő Lewis-diagramjaik, valamint a He és Ne nemesgázok diagramjai

összehasonlítva a Be-t a He-vel, azt látjuk, hogy az előbbinek még két elektronja van, ezért vegyértékének 2-nek kell lennie. Az O elemtől elvárható, hogy vegyértéke 6 vagy vegyértéke 2, mivel hat vegyértékelektronja van—kettővel kevesebb, mint Ne. Az így kifejlesztett vegyértékszabályok felhasználásával Lewis képes volt elszámolni a vegyületek aljegyzékeinek rendszeres növekedését és csökkenését a vegyérték szakaszban található táblázatban, és itt reprodukálható. Ezenkívül a táblázatban szereplő képletek több mint 50% – át tudta elszámolni. (Azok, akik egyetértenek az ötleteivel, színesen vannak árnyékolva a táblázatban. Érdemes most hivatkozni erre a táblázatra, és ellenőrizni, hogy a megadott képletek némelyike követi-e Lewis szabályait.) Lewis sikere ebben az összefüggésben egyértelműen jelezte, hogy az elektronok voltak a legfontosabb tényezők az atomok összetartásában, amikor a molekulák kialakultak.

E sikerek ellenére Lewis elméleteiben is vannak nehézségek, különösen a periódusos rendszerben a kalciumon túli elemek esetében. Például a Br elemnek (Z = 35) 17-tel több elektronja van, mint a nemesgáz Ar-nak (Z = 18). Ebből arra következtethetünk, hogy a Br-nek 17 vegyértékű elektronja van, ami kínossá teszi annak magyarázatát, hogy a Br miért hasonlít olyan szorosan a Cl-re és az F-re, annak ellenére, hogy ennek a két atomnak csak hét vegyértékű elektronja van.