A javasolt szerkezet rossz. A nitrogén egyetlen ismert vegyületében sem haladja meg a nyolcadot (és ha $\ce{NF5}$ is felfedezik, a mostani ismereteink szerint nem fogja meghaladni a nyolcadot). Ha azonban formális negatív töltése van, az egy további elektron hozzáadását jelenti a nitrogén szokásos 5 elektronjához; ha ebből a hat elektronból négyet a kettős kötések kialakítására használunk, akkor még mindig van egy magányos pár a nitrogénen, ami összesen 10 elektront jelent.
Ha gondot okoz a Lewis szerkezetek meghatározása, van négy gyors számítás, amit elvégezhetünk, hogy segítsen:
-
Adjuk össze az összes valenciaelektront, amit az atomok a vegyületbe hoznak.
Minden nitrogénnek öt elektronja van, plusz egy negatív töltés (plusz elektron), tehát:$$3\times5+1=16\tag{1}$$
-
Add össze, hogy hány valenciaelektronra lenne szükség ahhoz, hogy minden atomnak legyen egy saját nyolcad (hidrogén esetén: dublett).
Minden nitrogénnek nyolc elektronra lenne szüksége, tehát:$$3\times8=24\tag{2}$$
-
Vegyük $(2)-(1)$. Ez azt jelenti, hogy az atomoknak hány elektronon kell osztozniuk, azaz hány kötés van.
$$24-16=8\tag{3}$$
-
Vegyük $(1)-(3)$. Ez azoknak az elektronoknak a számát jelenti, amelyeknek nem kell részt venniük a kötésekben; ezeket aztán magányos párként kell elosztani.
$$16-8=8\tag{4}$$
Ezután kezdjünk el rajzolni, de ügyeljünk arra, hogy annyi magányos pár és kötőelektron legyen, amennyit az egyenletek megadnak. A magányos párokat figyelmen kívül hagyva a következő lehetséges szerkezeteket kapjuk a $\ce{N3-}$ számára:
$$\ce{N#N-N}\qquad\qquad\ce{N=N=N}\qquad\qquad\qquad\ce{N-N#N}$$
(A négy magányos pár elosztását a három nitrogén között, hogy végül mindegyiknek nyolc valenciaelektronja legyen, az olvasóra bízom, mert túl lusta vagyok megnyitni a ChemDraw-t a szerkezetek megrajzolásához.)
Azt követően, hogy ezt megtetted, meg kell nézned a potenciális formális töltéseket. Ehhez minden kötést homogén módon felosztasz (azaz minden atomnak adsz egyet a kötőelektronok közül) és megszámolod. Hasonlítsd össze ezt a számolást azzal, amilyennek egy atomnak lennie kellene; a különbség megfelel az atom formális töltésének. (Mivel az elektronok negatívak, egy plusz elektron $-1$ töltésnek felel meg). Ha ezt a három szerkezetre elvégezzük, akkor a következőket kapjuk:
$$\ce{N#\overset{+}{N}-\overset{2-}{N}}\qquad\qquad\ce{\overset{-}{N}=\overset{+}{N}=\overset{-}{N}}\qquad\qquad\ce{\overset{2-}{N}-\overset{+}{N}#N}$$
In each of those cases, a formális töltések összege a molekuláris ion össztöltése ($-1$), ami azt jelzi, hogy helyesen jártunk el. (Megint csak bátortalanul kihagytam a magányos párokat; a formális töltéseim alapján meg lehet határozni, hogy hol és hánynak kellett volna lenniük.)
Nincs nulla formális töltés elve. A különböző szerkezetek közötti vitában azonban a kevesebb formális töltéssel rendelkező szerkezet gyakran (nem mindig!) “kedvezőbb”. (A tényleges kifejezésnek “jobban hozzájárul az összképhez” kellene lennie, de ez most még túlságosan is zavaró lehet.)
De a három közül melyik a helyes? Mindegyik helyes! Valójában ez az, amit mezoméria néven ismerünk: számos (rezonancia)szerkezetünk van, amelyek mind egy kicsit megmagyarázzák a tényleges vegyületet, de egyik sem tartalmazza az abszolút igazságot. Ennek érzékeltetésére az ábrázolások közé rezonancia nyilakat szoktak rajzolni:
$$\ce{N#\overset{+}{N}-\overset{2-}{N}{N} <-> \overset{-}{N}=\overset{+}{N}=\overset{-}{N} <-> \overset{2-}{N}-\overset{+}{N}#N}$$
A helyes szerkezetek és az Ön felvetése közötti legfontosabb különbség az, hogy a központi nitrogénatom soha nem hordozhat negatív formális töltést, mivel négy kötést kell befogadnia a szomszédaihoz, ami csak $\ce{N+}$ esetén lehetséges.
A házi feladat válaszában adott válaszhoz: Nem teljesen helyes, mert hiányos. Mindhárom szerkezetet helyesnek kell jelölni – mindaddig, amíg a rezonancia fogalmát hivatalosan be nem vezetik, amikor is csak a három szerkezet kombinációja lehet helyes.