Primera semana del cuarta periodo grado séptimo

Notación de Lewis

 

Modelando y entendiendo

Tú ya sabes que los átomos de los elementos químicos tienen en su última capa energética a los llamados electrones de valencia. Estos electrones son los responsables de los enlaces químicos, a través de los cuales los elementos buscan lograr el equilibrio completando su última capa de valencia, de modo que alcancen la configuración electrónica del gas noble más cercano, que suele tener 8 electrones en su capa de valencia, salvo algunas excepciones que veremos más adelante. 

 

Sin embargo, cuando vemos una fórmula química, no necesariamente entendemos el tipo de interacción entre sus átomos, a menos que ya la conozcamos de antemano.

Por ejemplo:

 

$C{H}^4$C, H, start subscript, 4, end subscript ó
$C_2{H}_6$

​C, start subscript, 2, end subscript, H, start subscript, 6, end subscript

A simple vista, no entendemos dónde y cómo se comparten sus electrones. 

 

Fue Gilbert Newton Lewis quien diseñó y presentó a la comunidad científica en 1916, un modelo sencillo para representar iones y compuestos químicos. Su manera de representar los enlaces dentro de las moléculas, indican el orden de los átomos en el espacio y nos permite saber cuántos electrones de valencia interactúan, formando enlaces simples, dobles o triples.

Puntos y rayas

Para representar átomos, la notación de Lewis indica que debemos mostrar el número de electrones de valencia de manera explícita, rodeando el símbolo del elemento, de esta manera:

 

El Hidrógeno presenta un sólo electrón de valencia, mientras que el Carbono tiene $4$4.

 

Por tanto, es relativamente sencillo representar los pares de electrones compartidos y la capa de valencia del átomo de Carbono en el metano y el etano. Uniendo los átomos enlazados y pareando los electrones de valencia, tenemos:

 

Como puedes notar, cada par compartido de electrones representa un enlace. Con esta representación, somos capaces de observar, a primera vista, qué átomos están unidos entre sí, por lo que podemos ver la estructura de la fórmula. También nos permite contar fácilmente el número de electrones de la capa de valencia de cada átomo en la molécula.

 

De los ejemplos dados, podemos ver cómo los átomos de hidrógeno y carbono completan su capa de valencia, $8$8 para cada carbono y $2$ para cada hidrógeno, elemento que busca tener la configuración electrónica del gas noble helio y por eso le bastan $2$2 electrones en su capa de valencia.

 

Sin embargo, mientras más grande es una molécula y más complejos son sus enlaces, es más sencillo usar otra representación para estos, en lugar de la representación de dos puntos pareados. En vez de los dos puntos se coloca un segmento de recta. Asimismo, dos y tres segmentos paralelos representarán dobles y triples enlaces, respectivamente, de la siguiente manera: 

Etanol

Dióxido de carbono

Reglas para la notación de Lewis

Para representar moléculas según la notación de Lewis, existen reglas a seguir:

1. Contar los electrones de valencia de todos los átomos de la molécula.
    
2. Debemos elegir el átomo central, buscando al que sea menos electronegativo. La excepción a esta regla es el hidrógeno, ya que este sólo puede tener dos electrones rodeándolo.
    
3. Dibujar al átomo central con sus electrones de valencia alrededor. Tomar en cuenta la carga, en el caso de tratarse de un ión.
    
4. Dibujar el resto de los átomos rodeando al átomo central, con un electrón de valencia del átomo central pareado con un electrón de valencia del átomo secundario.
    
5. Contar el número de electrones alrededor de cada átomo. Éstos deben cumplir la regla del octeto, quiere decir que deben tener ocho electrones de valencia rodeándolos. Esta regla no aplica para el hidrógeno, litio y berilio, los que deben estar rodeados por dos electrones (regla del dueto).
    
6. No siempre se puede cumplir estas reglas con enlaces simples, es en estos casos que se van agregando enlaces dobles o triples a la molécula.

Veamos algunos ejemplos

Escribir la notación de Lewis para el trifluoruro de nitrógeno ($NF_3$):

1. Escogemos el átomo central: El nitrógeno es menos electronegativo que el flúor, por lo que se considera como el átomo central.
    
2. Contamos los electrones de valencia: el nitrógeno se encuentra en el grupo V A, por lo que tiene $5$ electrones de valencia. El fluor pertenece al grupo VII A, tiene entonces, $7$7 electrones de valencia.
    
3. Dibujamos el nitrógeno al centro de la molécula, los átomos de flúor a su alrededor y pareamos los electrones libres. Cada átomo debe tener ocho electrones alrededor. De esta manera:
   

Veamos otro ejemplo:

Determinar la notación de Lewis para el ácido cianhídrico ($HCN$H, C, N):

1. En esta molécula, el carbono es el átomo menos electronegativo (recuerda que el hidrógeno nunca puede ser el átomo central), por lo que lo escogemos sobre el nitrógeno.
    
2. Contamos los electrones de valencia para cada elemento: hidrógeno, grupo I A: $1$1 electrón de valencia; carbono grupo IV A: $4$4 electrones de valencia; nitrógeno, grupo V A: $5$5 electrones de valencia.
    
3. Dibujamos al carbono al centro, con el hidrógeno y el nitrógeno alrededor. Vemos que con enlaces simples no se completa la regla del octeto. Seguimos pareando electrones hasta completar la regla del octeto, con esto obtenemos: