En el laboratorio del colegio, la profesora Camila escribe en el pizarrón la fórmula $\mathrm{CO_2}$, el gas que sale de la efervescencia del bicarbonato con el jugo de limón. Esa fórmula te dice qué átomos hay, pero no cómo se reparten los electrones entre ellos. La estructura de Lewis es el primer mapa de esa distribución: puntos y rayas que, bien construidos, predicen enlaces, pares solitarios y hasta cómo se va a comportar la sustancia. Aquí la construimos paso a paso y la llevamos más lejos.
Electrones de valencia y regla del octeto
Los gases nobles casi no forman compuestos, mientras que los demás elementos ganan, pierden o comparten electrones hasta lograr una configuración externa parecida a la de ellos. ¿Cuántos electrones necesita un átomo en su capa de valencia para quedar «conforme»?
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Considera las moléculas neutras de agua ($\mathrm{H_2O}$) y amoníaco ($\mathrm{NH_3}$). Datos: números atómicos $Z(\mathrm{H}) = 1$, $Z(\mathrm{N}) = 7$,…
Considera las moléculas neutras de agua ($\mathrm{H_2O}$) y amoníaco ($\mathrm{NH_3}$). Datos: números atómicos $Z(\mathrm{H}) = 1$, $Z(\mathrm{N}) = 7$, $Z(\mathrm{O}) = 8$.
a) Determina el número total de electrones de valencia presentes en cada molécula y representa sus diagramas de Lewis correspondientes.
b) Indica razonadamente cuántos pares de electrones enlazantes y cuántos pares no enlazantes (solitarios) posee el átomo central en cada una de ellas, justificando si se cumplen las reglas del octeto y del dueto.
La molécula de dióxido de carbono ($\mathrm{CO_2}$) desempeña un papel esencial en el equilibrio climático y en la respiración celular. Datos: números atómicos…
La molécula de dióxido de carbono ($\mathrm{CO_2}$) desempeña un papel esencial en el equilibrio climático y en la respiración celular. Datos: números atómicos $Z(\mathrm{C}) = 6$, $Z(\mathrm{O}) = 8$.
a) Escribe las configuraciones electrónicas de la capa de valencia para el carbono y el oxígeno, deduciendo el número total de electrones que deben distribuirse en la estructura de Lewis del $\mathrm{CO_2}$.
b) Dibuja la estructura de Lewis del $\mathrm{CO_2}$ situando el carbono como átomo central, especifica el orden de los enlaces carbono-oxígeno y comprueba si todos los átomos satisfacen la regla del octeto.
Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.
El benceno, $\mathrm{C_6H_6}$, es la base de muchísimos compuestos orgánicos (medicamentos, plásticos como el poliestireno, combustibles derivados del petróleo y del gas natural). Si dibujas su anillo con enlaces dobles y simples alternados, aparece un problema: hay dos maneras de alternarlos. ¿Cuál es la correcta?
Experimentalmente, los seis enlaces C–C del benceno miden lo mismo: unos $139\ \text{pm}$, entre un enlace simple ($154\ \text{pm}$) y uno doble ($134\ \text{pm}$). Cada enlace tiene un orden de enlace promedio de $1{,}5$. Los electrones de los «dobles enlaces» están deslocalizados sobre todo el anillo, y por eso el benceno es mucho más estable de lo que sugeriría un ciclohexatrieno con enlaces localizados. A esa estabilidad extra se la llama estabilidad por resonancia. Más adelante verás su explicación con orbitales $\pi$ deslocalizados.
Carga formal
A veces se pueden proponer varias estructuras de Lewis distintas, no equivalentes, en las que todos los átomos cumplen el octeto. Por ejemplo, para el ion cianato $\mathrm{OCN^-}$. ¿Cómo decidimos cuál se parece más a la realidad?
Hipovalencia y enlace dativo
El enlace covalente coordinado (dativo) es una clase de enlace del programa de 4.° año. El trifluoruro de boro ($\mathrm{BF_3}$) es una molécula neutra y estable con tres enlaces idénticos, aunque el boro tiene solo seis electrones a su alrededor. ¿Por qué hay compuestos estables que no completan el octeto?
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El trifluoruro de boro ($\mathrm{BF_3}$) es un reactivo gaseoso empleado frecuentemente como catalizador en síntesis orgánica. Datos: números atómicos…
El trifluoruro de boro ($\mathrm{BF_3}$) es un reactivo gaseoso empleado frecuentemente como catalizador en síntesis orgánica. Datos: números atómicos $Z(\mathrm{B}) = 5$, $Z(\mathrm{F}) = 9$.
a) Dibuja la estructura de Lewis del $\mathrm{BF_3}$ en la que los tres átomos de flúor forman enlaces simples con el átomo de boro central y completan sus respectivos octetos.
b) Justifica por qué el átomo central de boro constituye una excepción a la regla del octeto (hipovalencia) e indica el número de pares enlazantes y no enlazantes que posee dicho átomo.
Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.