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Estructura de Lewis

Agosto 04, 2021

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Este aviso fue puesto el 24 de abril de 2015.

La estructura de Lewis,[1]​ también llamada diagrama de punto y raya diagonal, modelo de Lewis, diagrama de valencia o regla de octeto, es una representación gráfica que muestra los pares de electrones en guiones o puntos de enlaces entre los átomos de una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir.[2]​ Son representaciones bidimensionales sencillas de la conectividad de los átomos en las moléculas; así como de la posición de los electrones enlazantes y no enlazantes. En esta fórmula se muestran enlaces químicos dentro de la molécula, ya sea explícitamente o implícitamente indicando la ordenación de los átomos en el espacio.

Ejemplo del diagrama de puntos en estructura de Lewis, entre carbono C, hidrógeno H, y oxígeno O, representados según la estructura de Lewis.

Esta representación se usa para saber la cantidad de electrones de valencia que puedan existir en un elemento que interactúan con otros o entre su misma especie, formando enlaces ya sea simples, dobles, o triples los cuales se encuentran íntimamente relacionados con la geometría molecular.

En las estructuras de Lewis se arreglan los átomos de manera que tengan una configuración de gas noble (ocho electrones para los elementos del segundo período de la tabla periódica específicamente para los pertenecientes a los grupos principales y un par de electrones para el hidrógeno)[3]​[4]​. Muestran los diferentes átomos usando su símbolo químico y líneas que se trazan entre los átomos que se unen entre sí. En ocasiones, para representar cada enlace, se usan pares de puntos en vez de líneas. Los electrones no enlazantes o par solitario de electrones (los que no participan en los enlaces) se representan mediante una línea o con un par de puntos, y deben colocarse siempre alrededor de los átomos a los que pertenece.

Este modelo fue propuesto por Gilbert Newton Lewis quién lo introdujo por primera vez en 1916 en su artículo La molécula y el átomo.

Moléculas

Véase también: Electronegatividad
 
Diagrama de reacción entre átomos de hidrógeno y silicio en modelo de Lewis

Para representar las moléculas mediante diagrama de Lewis, se debe presentar un átomo central, en algunos casos el átomo central es el carbono debido a que es el elemento más electropositivo, luego este queda rodeado por los demás átomos que constituyen la molécula. En moléculas compuestas por varios átomos de un mismo elemento y un átomo de otro elemento distinto, este último se utiliza como el átomo central, lo cual se representa en el diagrama con 4 átomos de hidrógeno y uno de silicio. El átomo central en lo posible debe ser el menos electronegativo y el hidrógeno siempre será un átomo terminal.

En cualquier caso, los átomos suelen seguir las siguientes generalidades[5]​:

  • Se diferencian dos tipos de átomos, los centrales y los terminales. Los primeros se enlazan generalmente con varios del segundo grupo.
  • Los átomos de hidrógeno, dada su configuración electrónica particular, actúan como átomos terminales siempre, ya que sólo pueden enlazarse a un átomo.
  • Los elementos como el carbono son átomos centrales en la gran mayoría de los casos.
  • El oxígeno actúa casi siempre como átomo terminal con excepciones como el caso del   o en los grupos  .
  • Los halógenos generalmente son átomos terminales exceptuando algunos casos
  • Generalmente los átomos menos electronegativos son los que hacen de átomos centrales y los más electronegativos hacen de átomos terminales.

En algunos casos es difícil determinar el átomo central, en general cuando todos los átomos de los elementos del compuesto aparecen más de una o dos veces.

Electrones de valencia

Artículo principal: Electrones de valencia

El número total de electrones representados en un diagrama de Lewis es igual a la suma de los electrones de valencia de cada átomo. La valencia que se toma como referencia y que se representa en el diagrama es la cantidad de electrones que se encuentran en el último nivel de energía de cada elemento al hacer su configuración electrónica.[6]​

Cuando los electrones de valencia han sido determinados, deben ubicarse en el modelo a estructurar. Una vez que todos los pares solitarios han sido ubicados, los átomos, especialmente los centrales, pueden no cumplir con la regla del octeto. Los átomos entre sí deben quedar unidos por enlaces; un par de electrones forma un enlace entre dos átomos. Así como el par del enlace es compartido entre dos átomos, el átomo que originalmente tenía el par solitario sigue teniendo un octeto.

Fuera de los compuestos orgánicos, solo un porcentaje menor de los compuestos tiene un octeto de electrones en su última capa. Compuestos con más de ocho electrones en la representación de la estructura de Lewis de la última capa del átomo, son llamados hipervalentes, y son comunes en los elementos de los grupos 15 al 18, tales como el fósforo, azufre, yodo y xenón.

La teoría de Lewis se refiere principalmente al enlace covalente, el cual se forma por compartición de electrones pero también se puede aplicar a compuestos iónicos, en los cuales hay transferencia de electrones de un átomo a otro. Cuando se escribe la estructura de Lewis de un ion, la estructura entera se encierra entre corchetes, y la carga se escribe como un exponente en la esquina superior derecha, fuera de los corchetes. Primero se escribe el catión y luego el anión y a este último se le colocan los electrones como puntos que representan el octeto.[4]​

La regla del octeto

Artículo principal: Regla del octeto

La regla del octeto, establece que los átomos se enlazan unos a otros en el intento de completar su capa de valencia (última capa de la configuración electrónica). La denominación “regla del octeto” surgió en razón de la cantidad establecida de electrones para la estabilidad de un elemento, es decir, el átomo queda estable cuando presenta en su capa de valencia 8 electrones (Configuración de gas noble). Para alcanzar tal estabilidad sugerida por la regla del octeto, cada elemento precisa ganar, perder o compartir electrones en los enlaces químicos, de esa forma ellos adquieren ocho electrones en la capa de valencia. por ejemplo los átomos de oxígeno se enlazan para alcanzar la estabilidad sugerida por la regla del octeto, presentando enlaces simples y dobles.

Considerando que cada enlace covalente simple aporta dos electrones a cada átomo de la unión, al dibujar un diagrama o estructura de Lewis, hay que evitar asignar más de ocho electrones a cada átomo.

Excepciones a la regla del Octeto

El hidrógeno tiene un solo orbital en su capa de valencia lo que permite que puede aceptar como máximo dos electrones. Algunas veces se piensa que los átomos que forman cationes no siempre completan su octeto, y se utilizan como ejemplos de "excepciones" a dicha regla. Sin embargo, puesto que pierden los electrones de la capa externa, el nivel interno es el que queda "completo". Estos átomos, en vez de quedar con la configuración electrónica del siguiente gas noble, quedan con la configuración del gas noble anterior.

Por ejemplo, la configuración del sodio es 1s2 2s2 2p6 3s1, es decir [Ne] 3s1. Al perder su último electrón de valencia, queda con la configuración del Neón y así se puede explicar la existencia de la sal común (NaCl) la cual se forma porque el sodio pierde un electrón y queda con la estructura electrónica del Neón y el cloro cuya configuración electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s23p5 es decir, [Ne] 3s23p5 al aceptar el electrón que cede el sodio queda con la configuración del gas argón 1s2 2s2 2p6 3s23p6.

Otro ejemplo es el Aluminio, cuya configuración es [Ne] 3s2 3p1 . Al quedar como Al3+, su configuración electrónica sería la del gas noble anterior, el neón. En este caso se puede explicar la existencia del tricloruro de aluminio AlCl3 .Como puede verse, en los dos compuestos citados se cumple la regla del octeto para cada especie, en la cual un átomo pierde electrones y el otro los acepta, generándose de esta manera enlaces iónicos. Para los compuestos covalentes como es el caso del metano el C comparte cuatro electrones uno con cada hidrógeno formándose cuatro enlaces covalentes.

Por otra parte, los átomos no metálicos a partir del tercer período (Fósforo y Azufre)[7]​ pueden formar "octetos expandidos" es decir, pueden contener más que ocho electrones en su capa de valencia, por lo general colocando los electrones extra en subniveles.

Carga formal

Artículo principal: Carga formal

En términos de las estructuras de Lewis en general, la carga formal de un átomo puede ser calculada usando la siguiente fórmula, las definiciones no estándar asumidas para el margen de beneficio utilizaron:

 .

Donde:

  • Cf es la carga formal.
  • Nv representa el número de electrones de valencia en un átomo libre.
  • Ue representa el número de electrones no enlazados.
  • Bn representa el número total de electrones de enlace, esto dividido entre dos.

La carga formal del átomo es calculada como la diferencia de carga eléctrica entre los electrones de valencia de un átomo aislado y el número de electrones asignados a ese átomo en la estructura de Lewis. El total de las cargas formales en una molécula neutra debe ser igual a cero y la de un ion debe ser igual a la carga del ion.


Ejemplo: Estructura de Lewis para el ion nitrito

La fórmula del ion nitrito es:  

  • Paso uno: Escoger el átomo central. Existe sólo un átomo de nitrógeno, y es el átomo más electropositivo,[8]​ por lo que este se convertirá en nuestro átomo central.
  • Paso dos: Contar los electrones de valencia. El nitrógeno posee 5 electrones de valencia; cada oxígeno posee 6, para un total de (6 × 2) + 5 = 17. El ion posee una carga de –1, lo que nos indica un electrón extra, por lo que el número total de electrones es de 18.
  • Paso tres: Ubicar los pares electrónicos y cumplir la regla del octeto. Cada oxígeno debe ser enlazado al nitrógeno. Se buscan los electrones necesarios para el cumplimiento de la regla del octeto; como los tres átomos deben cumplir con dicha regla el número total sería 3 x 8= 24 electrones que se necesitan para cumplir con el octeto. De acuerdo a los cálculos anteriores el número de electrones enlazantes serían 24 - 18 = 6 que corresponden a tres pares, tal cual como se representa abajo.
  • Paso cuatro: .Electrones no enlazantes. Para ubicar los electrones no enlazantes simplemente se realiza una diferencia entre los electrones de valencia totales y los enlazantes: 18 - 6 = 12 electrones que corresponden a 6 pares, los cuales se ubican bajo la premisa del cumplimiento de la regla del octeto. (Ver figura). Ambos átomos de oxígeno poseen 8 electrones asignados a ellos. El átomo de nitrógeno posee 6 electrones asignados y un par no enlazante.
  • Paso cinco: Carga formal. De acuerdo a la fórmula de carga formal: para el caso del N la carga formal sería cero, para el O que queda enlazado por un enlace simple sería (-1) y para el otro O sería cero, por lo que la carga formal total sería (-1). Por último se colocan los corchetes alrededor de cada estructura, y se escribe la carga ( - ) en el rincón superior derecho fuera de los corchetes. En este caso es posible dibujar dos estructuras en las cuales solo se han movido electrones pi, estas dos estructuras se les denomina estructuras de resonancia.
 

Véase también

Referencias

  1. «Estructura de Lewis». 
  2. Society, American Chemical (2005). Química, un proyecto de la A.C.S.. Reverte. ISBN 9788429170016. Consultado el 27 de septiembre de 2019. 
  3. L.G.Wade (2012). «1». En Gabriela López Ballesteros, ed. Química Orgánica. Pearson Education. ISBN 978-607-32-0790-4. 
  4. ↑ Petrucci, R; Harwood,W; Herring,F (2003). «11». En Isabel Capella, ed. Química General. Pearson Education. ISBN 84-205-3533-8. 
  5. «▷ ESTRUCTURAS de LEWIS». Química Inorgánica. 18 de junio de 2019. Consultado el 3 de agosto de 2019. 
  6. Chang,R; College, W (2002). «7». Química. Mc Graw-Hill. ISBN 970-10-3894-0. 
  7. «Tabla periódica». 
  8. Gispert, Jaime Casabó (1996). Estructura atómica y enlace químico. Reverte. ISBN 9788429171891. Consultado el 18 de octubre de 2019. 

Enlaces externos

  • Estructura de Lewis y problemas
  • Ejercicios resueltos de Estructuras de Lewis
  •   Datos: Q911437
  •   Multimedia: Category:Lewis structures

Agosto 04, 2021
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Este articulo o seccion necesita referencias que aparezcan en una publicacion acreditada Este aviso fue puesto el 24 de abril de 2015 La estructura de Lewis 1 tambien llamada diagrama de punto y raya diagonal modelo de Lewis diagrama de valencia o regla de octeto es una representacion grafica que muestra los pares de electrones en guiones o puntos de enlaces entre los atomos de una molecula y los pares de electrones solitarios que puedan existir 2 Son representaciones bidimensionales sencillas de la conectividad de los atomos en las moleculas asi como de la posicion de los electrones enlazantes y no enlazantes En esta formula se muestran enlaces quimicos dentro de la molecula ya sea explicitamente o implicitamente indicando la ordenacion de los atomos en el espacio Ejemplo del diagrama de puntos en estructura de Lewis entre carbono C hidrogeno H y oxigeno O representados segun la estructura de Lewis Esta representacion se usa para saber la cantidad de electrones de valencia que puedan existir en un elemento que interactuan con otros o entre su misma especie formando enlaces ya sea simples dobles o triples los cuales se encuentran intimamente relacionados con la geometria molecular En las estructuras de Lewis se arreglan los atomos de manera que tengan una configuracion de gas noble ocho electrones para los elementos del segundo periodo de la tabla periodica especificamente para los pertenecientes a los grupos principales y un par de electrones para el hidrogeno 3 4 Muestran los diferentes atomos usando su simbolo quimico y lineas que se trazan entre los atomos que se unen entre si En ocasiones para representar cada enlace se usan pares de puntos en vez de lineas Los electrones no enlazantes o par solitario de electrones los que no participan en los enlaces se representan mediante una linea o con un par de puntos y deben colocarse siempre alrededor de los atomos a los que pertenece Este modelo fue propuesto por Gilbert Newton Lewis quien lo introdujo por primera vez en 1916 en su articulo La molecula y el atomo Indice 1 Moleculas 2 Electrones de valencia 3 La regla del octeto 4 Excepciones a la regla del Octeto 5 Carga formal 5 1 Ejemplo Estructura de Lewis para el ion nitrito 6 Vease tambien 7 Referencias 8 Enlaces externosMoleculas EditarVease tambien Electronegatividad Diagrama de reaccion entre atomos de hidrogeno y silicio en modelo de Lewis Para representar las moleculas mediante diagrama de Lewis se debe presentar un atomo central en algunos casos el atomo central es el carbono debido a que es el elemento mas electropositivo luego este queda rodeado por los demas atomos que constituyen la molecula En moleculas compuestas por varios atomos de un mismo elemento y un atomo de otro elemento distinto este ultimo se utiliza como el atomo central lo cual se representa en el diagrama con 4 atomos de hidrogeno y uno de silicio El atomo central en lo posible debe ser el menos electronegativo y el hidrogeno siempre sera un atomo terminal En cualquier caso los atomos suelen seguir las siguientes generalidades 5 Se diferencian dos tipos de atomos los centrales y los terminales Los primeros se enlazan generalmente con varios del segundo grupo Los atomos de hidrogeno dada su configuracion electronica particular actuan como atomos terminales siempre ya que solo pueden enlazarse a un atomo Los elementos como el carbono son atomos centrales en la gran mayoria de los casos El oxigeno actua casi siempre como atomo terminal con excepciones como el caso del H 2 O displaystyle ce H2O o en los grupos OH displaystyle ce OH Los halogenos generalmente son atomos terminales exceptuando algunos casos Generalmente los atomos menos electronegativos son los que hacen de atomos centrales y los mas electronegativos hacen de atomos terminales En algunos casos es dificil determinar el atomo central en general cuando todos los atomos de los elementos del compuesto aparecen mas de una o dos veces Electrones de valencia EditarArticulo principal Electrones de valencia El numero total de electrones representados en un diagrama de Lewis es igual a la suma de los electrones de valencia de cada atomo La valencia que se toma como referencia y que se representa en el diagrama es la cantidad de electrones que se encuentran en el ultimo nivel de energia de cada elemento al hacer su configuracion electronica 6 Cuando los electrones de valencia han sido determinados deben ubicarse en el modelo a estructurar Una vez que todos los pares solitarios han sido ubicados los atomos especialmente los centrales pueden no cumplir con la regla del octeto Los atomos entre si deben quedar unidos por enlaces un par de electrones forma un enlace entre dos atomos Asi como el par del enlace es compartido entre dos atomos el atomo que originalmente tenia el par solitario sigue teniendo un octeto Fuera de los compuestos organicos solo un porcentaje menor de los compuestos tiene un octeto de electrones en su ultima capa Compuestos con mas de ocho electrones en la representacion de la estructura de Lewis de la ultima capa del atomo son llamados hipervalentes y son comunes en los elementos de los grupos 15 al 18 tales como el fosforo azufre yodo y xenon La teoria de Lewis se refiere principalmente al enlace covalente el cual se forma por comparticion de electrones pero tambien se puede aplicar a compuestos ionicos en los cuales hay transferencia de electrones de un atomo a otro Cuando se escribe la estructura de Lewis de un ion la estructura entera se encierra entre corchetes y la carga se escribe como un exponente en la esquina superior derecha fuera de los corchetes Primero se escribe el cation y luego el anion y a este ultimo se le colocan los electrones como puntos que representan el octeto 4 La regla del octeto EditarArticulo principal Regla del octeto La regla del octeto establece que los atomos se enlazan unos a otros en el intento de completar su capa de valencia ultima capa de la configuracion electronica La denominacion regla del octeto surgio en razon de la cantidad establecida de electrones para la estabilidad de un elemento es decir el atomo queda estable cuando presenta en su capa de valencia 8 electrones Configuracion de gas noble Para alcanzar tal estabilidad sugerida por la regla del octeto cada elemento precisa ganar perder o compartir electrones en los enlaces quimicos de esa forma ellos adquieren ocho electrones en la capa de valencia por ejemplo los atomos de oxigeno se enlazan para alcanzar la estabilidad sugerida por la regla del octeto presentando enlaces simples y dobles Considerando que cada enlace covalente simple aporta dos electrones a cada atomo de la union al dibujar un diagrama o estructura de Lewis hay que evitar asignar mas de ocho electrones a cada atomo Excepciones a la regla del Octeto EditarEl hidrogeno tiene un solo orbital en su capa de valencia lo que permite que puede aceptar como maximo dos electrones Algunas veces se piensa que los atomos que forman cationes no siempre completan su octeto y se utilizan como ejemplos de excepciones a dicha regla Sin embargo puesto que pierden los electrones de la capa externa el nivel interno es el que queda completo Estos atomos en vez de quedar con la configuracion electronica del siguiente gas noble quedan con la configuracion del gas noble anterior Por ejemplo la configuracion del sodio es 1s2 2s2 2p6 3s1 es decir Ne 3s1 Al perder su ultimo electron de valencia queda con la configuracion del Neon y asi se puede explicar la existencia de la sal comun NaCl la cual se forma porque el sodio pierde un electron y queda con la estructura electronica del Neon y el cloro cuya configuracion electronica es 1s2 2s2 2p6 3s23p5 es decir Ne 3s23p5 al aceptar el electron que cede el sodio queda con la configuracion del gas argon 1s2 2s2 2p6 3s23p6 Otro ejemplo es el Aluminio cuya configuracion es Ne 3s2 3p1 Al quedar como Al3 su configuracion electronica seria la del gas noble anterior el neon En este caso se puede explicar la existencia del tricloruro de aluminio AlCl3 Como puede verse en los dos compuestos citados se cumple la regla del octeto para cada especie en la cual un atomo pierde electrones y el otro los acepta generandose de esta manera enlaces ionicos Para los compuestos covalentes como es el caso del metano el C comparte cuatro electrones uno con cada hidrogeno formandose cuatro enlaces covalentes Por otra parte los atomos no metalicos a partir del tercer periodo Fosforo y Azufre 7 pueden formar octetos expandidos es decir pueden contener mas que ocho electrones en su capa de valencia por lo general colocando los electrones extra en subniveles Carga formal EditarArticulo principal Carga formal En terminos de las estructuras de Lewis en general la carga formal de un atomo puede ser calculada usando la siguiente formula las definiciones no estandar asumidas para el margen de beneficio utilizaron C f N v U e B n 2 displaystyle C f N v U e frac B n 2 Donde Cf es la carga formal Nv representa el numero de electrones de valencia en un atomo libre Ue representa el numero de electrones no enlazados Bn representa el numero total de electrones de enlace esto dividido entre dos La carga formal del atomo es calculada como la diferencia de carga electrica entre los electrones de valencia de un atomo aislado y el numero de electrones asignados a ese atomo en la estructura de Lewis El total de las cargas formales en una molecula neutra debe ser igual a cero y la de un ion debe ser igual a la carga del ion Ejemplo Estructura de Lewis para el ion nitrito Editar La formula del ion nitrito es NO 2 displaystyle ce NO2 Paso uno Escoger el atomo central Existe solo un atomo de nitrogeno y es el atomo mas electropositivo 8 por lo que este se convertira en nuestro atomo central Paso dos Contar los electrones de valencia El nitrogeno posee 5 electrones de valencia cada oxigeno posee 6 para un total de 6 2 5 17 El ion posee una carga de 1 lo que nos indica un electron extra por lo que el numero total de electrones es de 18 Paso tres Ubicar los pares electronicos y cumplir la regla del octeto Cada oxigeno debe ser enlazado al nitrogeno Se buscan los electrones necesarios para el cumplimiento de la regla del octeto como los tres atomos deben cumplir con dicha regla el numero total seria 3 x 8 24 electrones que se necesitan para cumplir con el octeto De acuerdo a los calculos anteriores el numero de electrones enlazantes serian 24 18 6 que corresponden a tres pares tal cual como se representa abajo Paso cuatro Electrones no enlazantes Para ubicar los electrones no enlazantes simplemente se realiza una diferencia entre los electrones de valencia totales y los enlazantes 18 6 12 electrones que corresponden a 6 pares los cuales se ubican bajo la premisa del cumplimiento de la regla del octeto Ver figura Ambos atomos de oxigeno poseen 8 electrones asignados a ellos El atomo de nitrogeno posee 6 electrones asignados y un par no enlazante Paso cinco Carga formal De acuerdo a la formula de carga formal para el caso del N la carga formal seria cero para el O que queda enlazado por un enlace simple seria 1 y para el otro O seria cero por lo que la carga formal total seria 1 Por ultimo se colocan los corchetes alrededor de cada estructura y se escribe la carga en el rincon superior derecho fuera de los corchetes En este caso es posible dibujar dos estructuras en las cuales solo se han movido electrones pi estas dos estructuras se les denomina estructuras de resonancia Vease tambien EditarGilbert N Lewis Atomo Par de electrones Regla del octeto Electrones de valencia Moleculas Valencia quimica Tabla periodica de los elementosReferencias Editar Estructura de Lewis Society American Chemical 2005 Quimica un proyecto de la A C S Reverte ISBN 9788429170016 Consultado el 27 de septiembre de 2019 L G Wade 2012 1 En Gabriela Lopez Ballesteros ed Quimica Organica Pearson Education ISBN 978 607 32 0790 4 a b Petrucci R Harwood W Herring F 2003 11 En Isabel Capella ed Quimica General Pearson Education ISBN 84 205 3533 8 ESTRUCTURAS de LEWIS Quimica Inorganica 18 de junio de 2019 Consultado el 3 de agosto de 2019 Chang R College W 2002 7 Quimica Mc Graw Hill ISBN 970 10 3894 0 Tabla periodica Gispert Jaime Casabo 1996 Estructura atomica y enlace quimico Reverte ISBN 9788429171891 Consultado el 18 de octubre de 2019 Enlaces externos EditarEstructura de Lewis y problemas Ejercicios resueltos de Estructuras de Lewis Datos Q911437 Multimedia Category Lewis structuresObtenido de https es wikipedia org w index php title Estructura de Lewis amp oldid 136287416, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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