9.2: Diagramas de punto electrónico de Lewis

Objetivo de aprendizaje

• Dibuja un diagrama de puntos electrónicos de Lewis para un átomo o un ion monoatómico.

En casi todos los casos, los enlaces químicos se forman por interacciones de electrones de valencia en átomos. Para facilitar nuestra comprensión de cómo interactúan los electrones de valencia, sería útil una forma sencilla de representar esos electrones de valencia.

Un diagrama de puntos electrónicos de Lewis (o diagrama de puntos electrónicos, o un diagrama de Lewis, o una estructura de Lewis) es una representación de los electrones de valencia de un átomo que usa puntos alrededor del símbolo del elemento. El número de puntos es igual al número de electrones de valencia en el átomo. Estos puntos están dispuestos a la derecha e izquierda y arriba y debajo del símbolo, con no más de dos puntos en un lado. (El orden en que se utilicen las posiciones no importa.) Por ejemplo, el diagrama de puntos electrónicos de Lewis para hidrógeno es simplemente

\[\mathbf{H}\mathbf{\cdot}\nonumber \]

Debido a que el lado no es importante, el diagrama de puntos electrónicos de Lewis también podría dibujarse de la siguiente manera:

\[\mathbf{\dot{H}}\; \; or\; \mathbf{\cdot}\mathbf{H}\; \; \; or\; \; \; \mathbf{\underset{.}H}\nonumber \]

El diagrama de puntos electrónicos para helio, con dos electrones de valencia, es el siguiente:

\[\mathbf{He}\mathbf{:}\nonumber \]

Al juntar los dos electrones del mismo lado, enfatizamos el hecho de que estos dos electrones están ambos en la subcapa de 1 s; esta es la convención común que adoptaremos, aunque habrá excepciones más adelante. El siguiente átomo, el litio, tiene una configuración electrónica de 1 s ^{2 2} s ¹, por lo que solo tiene un electrón en su caparazón de valencia. Su diagrama de puntos electrónicos se asemeja al del hidrógeno, excepto que se utiliza el símbolo para el litio:

\[\mathbf{Li}\mathbf{\cdot}\nonumber \]

El berilio tiene dos electrones de valencia en su caparazón de 2 s, por lo que su diagrama de puntos electrónicos es como el del helio:

\[\mathbf{Be}\mathbf{:}\nonumber \]

El siguiente átomo es el boro. Su capa de electrones de valencia es de ² s 2 2 p ¹, por lo que tiene tres electrones de valencia. El tercer electrón irá en otro lado del símbolo:

\[\mathbf{\dot{Be}}\mathbf{:}\nonumber \]

Nuevamente, no importa en qué lados del símbolo se coloquen los puntos de electrones.

Para el carbono, hay cuatro electrones de valencia, dos en la subcapa 2 s y dos en la subcapa 2 p. Como es habitual, dibujaremos dos puntos juntos en un lado, para representar los electrones de 2 s. Sin embargo, convencionalmente, dibujamos los puntos para los dos electrones p en diferentes lados. Como tal, el diagrama de puntos electrónicos para el carbono es el siguiente:

\[\mathbf{\cdot \dot{C}}\mathbf{:}\nonumber \]

Con N, que tiene tres electrones p, ponemos un solo punto en cada uno de los tres lados restantes:

\[\mathbf{\cdot}\mathbf{\dot{\underset{.}N}}\mathbf{:}\nonumber \]

Para el oxígeno, que tiene cuatro electrones p, ahora tenemos que empezar a duplicar en los puntos de otro lado del símbolo. Al duplicar electrones, asegúrate de que un lado no tenga más de dos electrones.

\[\mathbf{\cdot}\mathbf{\ddot{\underset{.}O}}\mathbf{:}\nonumber \]

El flúor y el neón tienen siete y ocho puntos, respectivamente:

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.}F}}\mathbf{:}\nonumber \]

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Ne}}\mathbf{:}\nonumber \]

Con el siguiente elemento, el sodio, el proceso comienza de nuevo con un solo electrón porque el sodio tiene un solo electrón en su caparazón de mayor número, el caparazón n = 3. Al repasar la tabla periódica, vemos que los diagramas de puntos electrónicos de Lewis de átomos nunca tendrán más de ocho puntos alrededor del símbolo atómico.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

¿Cuál es el diagrama de puntos electrónicos de Lewis para cada elemento?

1. aluminio
2. selenio

Solución

1. La configuración de electrones de valencia para el aluminio es de 3 s ² 3 p ¹. Entonces tendría tres puntos alrededor del símbolo para aluminio, dos de ellos emparejados para representar los electrones de 3 s:

\[\dot{Al:} \nonumber \nonumber \]

2. La configuración electrónica de valencia para selenio es 4 s ² 4 p ⁴. En el caparazón de mayor número, el caparazón n = 4, hay seis electrones. Su diagrama de puntos electrónicos es el siguiente:

\[\mathbf{\cdot }\mathbf{\dot{\underset{.\: .}Se}}\mathbf{:}\nonumber \nonumber \]

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

¿Cuál es el diagrama de puntos electrónicos de Lewis para cada elemento?

1. fósforo
2. argón

Contestar

\[\mathbf{\cdot }\mathbf{\dot{\underset{.}P}}\mathbf{:}\nonumber \nonumber \]

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\, .}Ar}}\mathbf{:}\nonumber \nonumber \]

Los elementos de la misma columna de la tabla periódica tienen diagramas de puntos electrónicos de Lewis similares porque tienen la misma configuración de electrones de concha de valencia. Los diagramas de puntos electrónicos para la primera columna de elementos son los siguientes:

\[\mathbf{H\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Li\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Na\: \cdot }\; \; \; \mathbf{K\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Rb\: \cdot }\; \; \; \mathbf{Cs\: \cdot }\; \; \;\nonumber \]

Los iones monatómicos son átomos que han perdido (para cationes) o ganado (para aniones) electrones. Los diagramas de puntos electrónicos para iones son los mismos que para los átomos, excepto que algunos electrones se han eliminado para cationes, mientras que algunos electrones se han agregado para aniones. Así, al comparar las configuraciones de electrones y los diagramas de puntos electrónicos para el átomo de Na y el ion Na ⁺, observamos que el átomo de Na tiene un solo electrón de valencia en su diagrama de Lewis, mientras que el ion Na ⁺ ha perdido ese electrón de valencia:

\[\text{Lewis dot diagram}: \quad \mathbf{Na\: \cdot }\; \; \; \; \; Na^{+}\nonumber \]

\[\text{Electron configuration}: \quad \left [ Ne\right]3s^{1}\; \; \; \; \left [ Ne \right ]\nonumber \]

Técnicamente, el caparazón de valencia del ion Na ⁺ es ahora el caparazón n = 2, que tiene ocho electrones en ella. Entonces, ¿por qué no ponemos ocho puntos alrededor de Na ⁺? Convencionalmente, cuando mostramos diagramas de puntos electrónicos para iones, mostramos la capa de valencia original del átomo, que en este caso es la concha n = 3 y vacía en el ion Na ⁺.

Al hacer cationes, los electrones se pierden primero de la cáscara numerada más alta, no necesariamente la última subcapa llena. Por ejemplo, al pasar del átomo de Fe neutro al ion Fe ^{2 +}, el átomo de Fe pierde primero sus dos electrones de 4 s, no sus electrones de 3 d, a pesar de que la subcapa de 3 d es la última subcapa que se está llenando. Así, tenemos

\[\text{Lewis dot diagram}: \quad \mathbf{Fe\: :}\; \; \; \; \; Fe^{2+}\nonumber \]

\[\text{Electron configuration}: \quad \left [ Ar\right]4s^{2}3d^{6}\; \; \; \; \left [ Ar \right ]3d^{6}\nonumber \]

Los aniones tienen electrones extra cuando se comparan con el átomo original. Aquí hay una comparación del átomo de Cl con el ion Cl ⁻:

\[\text{Lewis dot diagram}: \quad \mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{\cdot }\; \; \; \; \; \mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}Cl}}\mathbf{:}^{-}\nonumber \]

\[\text{Electron configuration}: \quad \left [ Ne\right]3s^{2}3p^{5}\; \; \; \; \left [ Ne \right ]3s^{2}3p^{6}\nonumber \]

Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

¿Cuál es el diagrama de puntos electrónicos de Lewis para cada ion?

1. Ca ^{2 +}
2. O ²⁻

Solución

1. Habiendo perdido sus dos electrones de valencia originales, el diagrama de puntos de electrones de Lewis es simplemente: Ca ^{2 +}
2. El ion O ^2- ha ganado dos electrones en su capa de valencia, por lo que su diagrama de puntos de electrones de Lewis es el siguiente:

\[\mathbf{:}\mathbf{\ddot{\underset{.\: .}O}}\mathbf{:}^{2-}\nonumber \nonumber \]

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

La configuración electrónica del ion talio es 6s ² 4f ¹⁴ 5 d ¹⁰. ¿Cuál es el diagrama de puntos electrónicos de Lewis para el ion Tl ⁺?

Contestar

\[\mathbf{Tl:}^{+}\nonumber \nonumber \]

Resumen

• Los diagramas de puntos electrónicos de Lewis utilizan puntos para representar electrones de valencia alrededor de un símbolo atómico.
• Los diagramas de puntos electrónicos de Lewis para iones tienen menos (para cationes) o más (para aniones) puntos que el átomo correspondiente.