5.3: Diagramas de Lewis

Lewis utilizó diagramas simples (ahora llamados diagramas de Lewis) para realizar un seguimiento de cuántos electrones estaban presentes en la capa más externa, o valencia, de un átomo dado. El núcleo del átomo, es decir, el núcleo junto con los electrones internos, está representado por el símbolo químico, y solo los electrones de valencia se dibujan como puntos que rodean al símbolo químico. Así, los tres átomos mostrados en la Figura 1 de Electrones y Valencia pueden ser representados por los siguientes diagramas de Lewis:

 

Conchas atómicas de helio, cloro y potasio mostrando todas las conchas y el número correspondiente de electrones.

Figura\(\PageIndex{1}\) La figura anterior muestra las conchas de electrones de He (Helio), Cl (Cloro) y K (Potasio) así como sus estructuras de puntos de Lewis a continuación. Observe cómo tanto la capa de electrones como las estructuras de punto de Lewis tienen el mismo número de electrones de valencia. La estructura de punto de Lewis ignora el núcleo y todos los electrones que no son de valencia, mostrando solo los electrones de valencia de un átomo.

Las estructuras de Lewis se muestran como símbolos de elementos con puntos negros mostrados alrededor del símbolo. el número de puntos negros correspondientes al número de valencia. El helio es H e con dos puntos negros a la derecha. El cloro es C l con 2 a la izquierda, arriba y a la derecha con 1 punto único en la parte inferior. El potasio es K con un punto a la derecha.

Si el átomo es un átomo de gas noble, son posibles dos procedimientos alternativos. O podemos considerar que el átomo tiene electrones de valencia cero o podemos considerar la cáscara llena más externa como la capa de valencia. Los tres primeros gases nobles pueden escribirse así como:

 

El helio se muestra como H e solo o H e con dos puntos a la derecha. El neón se muestra como N e solo o N e con dos puntos a la izquierda, arriba, derecha e inferior respectivamente. El argón se muestra como A r solo o A r con dos puntos a la izquierda, arriba, derecha e inferior respectivamente.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Lewis Structures

Dibuja diagramas de Lewis para un átomo de cada uno de los siguientes elementos: Li, N, F, Na

Solución

Encontramos por la tabla periódica dentro de la portada que Li tiene un número atómico de 3. Contiene así tres electrones, uno más que el gas noble He. Esto significa que la capa más externa, o valencia, contiene solo un electrón, y el diagrama de Lewis es

Siguiendo el mismo razonamiento, N tiene siete electrones, cinco más que He, mientras que F tiene nueve electrones, siete más que He, dando

 

El nitrógeno es N con dos puntos a la izquierda y un punto en la parte superior, derecha e inferior respectivamente. El flúor es F con dos puntos a la izquierda, arriba y derecha, y 1 punto debajo.

Na tiene nueve electrones más que He, pero ocho de ellos están en el núcleo, correspondientes a los ocho electrones en la capa más externa de Ne. Dado que Na tiene solo 1 electrón más que Ne, su diagrama de Lewis es

Observe del ejemplo anterior que los diagramas de Lewis de los metales alcalinos son idénticos a excepción de sus símbolos químicos. Esto concuerda muy bien con el comportamiento químico muy similar de los metales alcalinos. De igual manera, los diagramas de Lewis para todos los elementos de otros grupos, como los alcalinotérreos o los halógenos, tienen el mismo aspecto.

Figura\(\PageIndex{1}\) La imagen anterior demuestra que para los elementos del mismo grupo (como los metales alcalintérreos mostrados arriba), la estructura de puntos lewis será la misma, excepto por supuesto por el nombre del elemento diferente. En la imagen de arriba se ve que cada metal alcalinotérreo tiene 2 electrones de valencia, cada uno representado por un punto en la estructura de punto lewis.

Los diagramas de Lewis también se pueden utilizar para predecir las valencias de los elementos. Lewis sugirió que el número de valencias de un átomo era igual al número de electrones en su caparazón de valencia o al número de electrones que tendrían que agregarse a la capa de valencia para lograr la estructura electrónica de la carcasa del siguiente gas noble. Como ejemplo de esta idea, considera los elementos Be y O. Sus diagramas de Lewis y los de los gases nobles He y Ne son

 

Las estructuras de Lewis son H e, B e con dos puntos a su derecha, O con dos puntos a la izquierda, arriba e inferior respectivamente. N e con dos puntos a la izquierda, arriba, derecha e inferior respectivamente.

Comparando Be con He, vemos que el primero tiene dos electrones más y por lo tanto debería tener una valencia de 2. Se podría esperar que el elemento O tenga una valencia de 6 o una valencia de 2 ya que tiene seis electrones de valencia, dos menos que Ne. Utilizando reglas de valencia desarrolladas de esta manera, Lewis pudo dar cuenta del aumento y disminución regular de los subíndices de los compuestos en la tabla que se encuentra en la sección Valence, y se reproduce aquí. Además pudo dar cuenta de más del 50 por ciento de las fórmulas de la tabla. (Los que concuerdan con sus ideas están sombreados de color en la tabla. Es posible que desee referirse ahora a esa tabla y verificar que algunas de las fórmulas indicadas siguen las reglas de Lewis.) El éxito de Lewis en este sentido dio una clara indicación de que los electrones fueron el factor más importante para mantener unidos los átomos cuando se formaron las moléculas.

A pesar de estos éxitos, también hay dificultades que se encuentran en las teorías de Lewis, en particular para los elementos más allá del calcio en la tabla periódica. El elemento Br (Z = 35), por ejemplo, tiene 17 electrones más que el gas noble Ar (Z = 18). Esto nos lleva a concluir que Br tiene 17 electrones de valencia, lo que hace que sea incómodo explicar por qué Br se parece tanto a Cl y F a pesar de que estos dos átomos tienen sólo siete electrones de valencia.

Tabla Compuestos\(\PageIndex{1}\) Comunes

Element	Peso atómico	Compuestos de Hidrógeno	Compuestos de Oxígeno	Compuestos de Cloro
Hidrógeno	1.01	H 2	H 2 O, H 2 O 2	HCl
Helio	4.00	Ninguno formado	Ninguno formado	Ninguno formado
Litio	6.94	LiH	Li 2 O, Li 2 O 2	LiCl
Berilio	9.01	BeH 2	BeO	BecL 2
Boro	10.81	B 2 H 6	B 2 O 3	BCl 3
Carbono	12.01	CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8	CO 2, CO, C 2 O 3	CCl 4, C 2 Cl 6
Nitrógeno	14.01	NH 3, N 2 H 4, HN 3	N 2 O, NO, NO 2, N 2 O 5	NCl 3
Oxígeno	16.00	H 2 O, H 2 O 2	O 2, O 3	<Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 7
Flúor	19.00	HF	DE 2, O 2 F 2	CLF, CLf 3, CLf 5
Neón	20.18	Ninguno formado	Ninguno formado	Ninguno formado
Sodio	22.99	NaH	Na 2 O, Na 2 O 2	NaCl
Magnesio	24.31	MgH 2	MgO	MgCl 2
Aluminio	26.98	AlH 3	Al 2 O 3	AlCl 3
Silicio	28.09	SiH 4, Si 2 H 6	SiO 2	SiCl 4, Si 2 Cl 6
Fosforo	30.97	PH 3, P 2 H 4	P 4 O 10, P 4 O 6	PCl 3, PCl 5, P 2 Cl 4
Azufre	32.06	H 2 S, H 2 S 2	SO 2, SO 3	S 2 Cl 2, SCl 2, SCl 4
Cloro	35.45	HCl	Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 7	Cl 2
Potasio	39.10	KH	K 2, K 2 O 2, KO 2	KCl
Argón	39.95	Ninguno formado	Ninguno formado	Ninguno formado
Calcio	40.08	CaH 2	CaO, CaO 2	CaCl 2
Scandium	44.96	Relativamente Inestable	Sc 2 O 3	SCCl 3
Titanio	47.90	TiH 2	TiO 2, Ti 2 O 3, TiO	TiCL 4, TiCl 3, TiCL 2
Vanadio	50.94	VH 2	V 2 O 5, V 2 O 3, VO 2, VO	VCl 4, VCl 3, VCl 2
Cromo	52.00	CrH 2	Cr 2 O 3, CrO 2, CrO 3	CrCl 3, CrCl 2