VOLVER A LOS ARTÍCULOSLos químicos lograron comprender cómo se forman las moléculas tras el desarrollo de la tabla periódica y el concepto de “configuración electrónica”. Lewis contribuyó con estos avances gracias a un sistema de puntos para representar electrones de valencia de un átomo, ion o molécula; la distribución de estos se conoce por su carga formal.
Gilbert lewis y su aporte a la química
Gilbert Newton Lewis fue un químico estadounidense que realizó significativos aportes en el estudio de los enlaces químicos. Según Lewis, los átomos se combinan para alcanzar una configuración electrónica más estable; y la estabilidad máxima se alcanza cuando el átomo es isoelectrónico con un gas noble.
Átomos isoelectrónicos
Dos átomos o iones son isoelectrónicos si tienen el mismo número de electrones, y por lo tanto, la misma configuración electrónica. Por ejemplo:
- El catión K+ es isoelectrónico con el átomo de Ar porque:
K+ → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Ar → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
- El anión F− es isoelectrónico con el átomo de Ne porque:
F− → 1s2 2s2 2p6
Ne → 1s2 2s2 2p6
Símbolos de puntos de Lewis
Un símbolo de puntos de Lewis contiene el símbolo del elemento y un punto por cada electrón de valencia del átomo de un elemento. Los electrones de valencia son los más externos en un átomo y los que se utilizan en los enlaces químicos.
– Ejemplos:
| Nombre del elemento | Configuración electrónica | Electrones de valencia | Puntos de Lewis |
| Calcio | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 | 2 |  |
| Nitrógeno | 1s2 2s2 2p3 | 5 |  |
| Cloro | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 | 7 |  |
En la configuración electrónica de cada elemento se resaltan las capas de electrones más externas o capa de valencia.
Observa que, a excepción del helio, la cantidad de electrones de valencia de cada átomo es igual al grupo en el que se encuentra el elemento en la tabla periódica.
Escritura de las estructuras de Lewis
La estructura de Lewis es una forma de representar un enlace covalente, en el que el par de electrones compartidos se muestran con líneas o como pares de puntos entre dos átomos. Los pares libres no compartidos se dibujan como pares de puntos en los átomos individuales.
Los pasos para escribir la estructura de Lewis de una molécula como NF3 son los siguientes:
1. Escribe el esqueleto de la estructura.
Por lo general, el átomo menos electronegativo ocupa la posición central mientras que los átomos de H y F suelen estar en las posiciones terminales.
2. Cuenta el número total de electrones de valencia.
La molécula NF3 tiene un átomo de N y tres átomos de F. Así que debemos determinar los electrones de valencia de cada átomo y luego sumarlos.
N → 1s2 2s2 2p3 → 5 electrones de valencia.
F → 1s2 2s2 2p5 → 7 electrones de valencia.
Como solo hay un átomo de N, los electrones de valencia para N son 5 (1 × 5 = 5); en cambio, hay tres átomos de F, así que multiplicamos la cantidad de átomos de F por sus electrones de valencia, lo que da como resultado 21 electrones de valencia (3 × 7 = 21 ) para F. Luego sumamos:
Electrones de NF3 = 5 + 21 = 26
3. Dibuja los enlaces covalentes.
Al principio coloca enlaces sencillos entre el átomo central y cada átomo terminal. Completa el octeto de cada átomo con puntos de Lewis. El número total de electrones (tanto en los pares enlazados como los pares libres) debe ser igual a los calculados anteriormente: 26.
4. Comprueba la regla del octeto.
| Cada átomo de F tiene un par de electrones compartidos (una línea) y 3 pares de electrones libres no compartidos (6 puntos). Cada átomo de F cumple con la regla del octeto porque tienen 8 electrones alrededor. | El átomo de N tiene 3 pares de electrones compartidos (3 líneas) y un par de electrones libres no compartidos (2 puntos). El átomo de N cumple con la regla del octeto porque tiene 8 electrones alrededor. |
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Si contamos la cantidad de electrones compartidos (representados con líneas) y no compartidos (representados con puntos) en toda la molécula el resultado debe ser 26. Observa:
Electrones de NF3 = 6 electrones compartidos + 20 electrones no compartidos = 26
Estructura de Lewis del ion carbonato (CO3)2−
1. Dibujamos la estructura básica o esqueleto. Como el carbono es el átomo menos electronegativo va en el centro.
2. Calculamos la cantidad total de electrones de valencia de la forma que se muestra a continuación:
C → 1s2 2s2 2p2 → 4 electrones de valencia.
O → 1s2 2s2 2p4→ 6 electrones de valencia.
Hay un átomo de C y 3 átomos de O, además, todo el ion tiene 2 cargas negativas, por lo tanto debemos sumar 2 electrones al total:
Electrones de (CO3)2− = (1 × 4) + (3 × 6) + 2 = 4 + 18 + 2 = 24
3. Dibujamos un enlace covalente sencillo entre el átomo de C y cada átomo de O. Esta estructura muestra los 24 electrones. Sin embargo, la regla del octeto se cumple solo en los oxígenos y no en el átomo de carbono.
Entonces movemos un par de electrones libres de uno de los átomos de O para formar un enlace doble con C. También debemos señalar las 2 cargas negativas del ion, para eso colocamos toda la estructura entre corchetes y colocamos las cargas como superíndice.
4. Verificamos que se cumpla la regla del octeto en los átomos.
| Cada átomo de O cumple con la regla del octeto porque está rodeado de 8 electrones. 2 átomos de O tienen un par de electrones compartidos y 3 pares de electrones libres. Un átomo de O tiene 2 pares de electrones compartidos y 2 pares libres. | El átomo de C cumple con la regla del octeto porque está rodeado de 8 electrones: un enlace doble (4 electrones compartidos) y 2 enlaces simples, en los que se comparte 2 electrones en cada uno. |
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carga formal
Una vez que hemos determinado el número total de electrones de valencia para una estructura de Lewis no es posible saber de qué átomo proceden los electrones de esta estructura. No obstante, después de tener una estructura de Lewis aceptable es posible establecer de dónde proceden los electrones si evaluamos la carga formal.
La carga formal es la diferencia de carga eléctrica que existe entre los electrones de valencia de un átomo aislado y el número de electrones asignados a ese mismo átomo en una estructura de Lewis.
Carga formal del ozono O3
La configuración electrónica del átomo de O es 1s2 2s2 2p4; por lo tanto, cada átomo tiene 6 electrones de valencia y la molécula debe tener 18 electrones totales (3 × 6 = 18). La estructura básica del ozono (O3) con enlaces simples es esta:
Aunque la estructura de Lewis anterior cuenta con los 18 electrones, la regla del octeto no se cumple para el átomo de O central; así que tenemo que convertir un par de electrones libres en un segundo enlace compartido.
Ahora podemos calcular la carga formal a los átomos, para esto restamos la cantidad de electrones asignados a cada átomo a la cantidad de electrones de valencia.
Las líneas rojas representan la ruptura de los enlaces. Al hacer esto solo consideramos la mitad de los electrones por cada enlace covalente.
Las cargas formales de todos los átomos de O3 se expresan de la siguiente forma:
La molécula de O3 es neutra porque +1 −1 = 0.
Reglas para escribir las cargas formales
- La suma de las cargas formales de una molécula debe ser cero porque son especies neutras.
- La suma de las cargas formales de un catión debe ser igual a la carga positiva.
- La suma de las cargas formales de un anión debe ser igual a la carga negativa.
Carga formal del ion carbonato (CO3)2−
La estructura de Lewis de este ion fue descrita anteriormente. Para determinar la carga formal de cada átomo tenemos que romper los enlaces:
Luego realizamos la resta entre los electrones asignados y los de valencia:
Escribimos la estructura de Lewis con las cargas formales:
Nota que la suma de las cargas formales es −2, que es igual a la carga del ion carbonato.