Cuando Ana Lucía abre una soda en la Cinta Costera, las burbujas que suben son $\mathrm{CO_2}$. Esa fórmula te dice qué átomos hay, pero no cómo se reparten los electrones entre ellos. La fórmula (o 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 aprenderás a dibujarla.
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 (aromas, medicamentos, plásticos como el poliestireno). 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. Por ahora basta con la idea de electrones 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 covalente coordinado
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.
Los átomos del tercer período o posteriores (como P y S) tienen orbitales $3d$ disponibles y pueden rodearse de más de ocho electrones. A esto se le llama expansión del octeto. ¿Cómo se ve en una estructura de Lewis?
Resumen
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