Reglas estructuras de Lewis

Reglas generales para escribir estructuras de Lewis Profesor encargado: Fernando Granados

Símbolos de Lewis Los elementos representativos de los grupos I al VIII se representan de la siguiente manera:

I

II

III

IV o

o

Li

o

o

Be

o

B

o

o

C o

o

oo

oo o

o

N

VII

VI

V o

o

o

O

VII oo

oo o

o

oo

F

o o

oo

o o

Ne

o o

oo

Los electrones desapareados pueden utilizarse para formar enlaces simples, dobles o triples y los pares de electrones para formar enlaces coordinados (un sólo átomo aporta los electrones del enlace). Esqueleto estructural El esqueleto estructural nos indica la forma en que los átomos se enlazan pero no nos dice si los enlaces son simples, múltiples o coordinados. Este se dibuja escogiendo un átomo central (kernel) y disponiendo a su alrededor los átomos restantes de la manera más simétrica posible, utilizando siempre las fuerzas de repulsión de los electrones. Para escoger el átomo central se aplican los siguientes criterios: a) el que tenga suficientes electrones para poder compartir CCl4

PBr3

C2H6

S02Cl2

b) el átomo central debe poseer una electronegatividad intermedia CCl4

PBr3

C2H6

S02Cl2

c) el átomo o átomos que estén en menor cantidad: CCl4

PBr3

C2H6

S02Cl2

d) el que tenga mayor número de electrones desapareados: COCl2

POCl3

CNS

NOBr

e) el grupo I no puede ser nunca un átomo central f) en los oxácidos (H2S04, HClO3, HNO3) los hidrógenos siempre se unen a átomos de oxígeno no al átomo central (hay algunas excepciones que aquí no nos interesa establecer). De acuerdo con los criterios anteriores se puede establecer el esqueleto estructural de las especies: PBr3, C2H6, COCl2, H2SO4 y HNO3 como:

1

OO O O OO

Br

O O

P

O O

Br

H

O O

OO

H

H

OO

OO O O

C

O O

C

OO

OO

OO

Br

H

H

O O

H

OO O O

Cl

Cl

OO O O

H OO O

OO O O

C

OO OO

O O

S

OO O O

OO

O OO

O OO

OO O O

O

OO

O O

OO

OO

O OO

O O

OO

OO

O O

H

H OO O

O O

OO

N

O O O O

O O

O

O OO

OO O O

OO

Escritura de fórmulas: I) Calcule el número total de electrones de valencia sumando el número de electrones (# del grupo) para cada átomo. Para un anión poliatómico sume un electrón por cada carga negativa y para un catión reste un electrón por cada carga positiva. CH4 : 4 + 4 = 8

-1

[CH3] = 4 + 3 + 1 = 8

II) Escriba el esqueleto estructural tal como se indica arriba interconectando los átomos mediante puntos o equis y descuente dos electrones por cada enlace. III) Distribuya los electrones restantes entre todos los átomos de manera que cada átomo quede con 8 electrones.(El H siempre queda con 2). IV) Si los electrones no alcanzan para que todos los átomos cumplan con la regla del octeto, ensaye enlaces dobles o triples (una deficiencia de 2 e- se compensa con un enlace doble y una de 4 e-, con dos dobles o con un triple enlace). Ejemplo 1: SOCl2: El número de electrones de valencia es 6 + 6+14 = 26. La estructura básica indica que el átomo central es el S y que los átomos restantes deben distribuirse de la siguiente manera: O O O

O O

O O

OO O O

Cl

OO

OO O

O

OO

S

O

O

Cl

O O

OO

OO

De acuerdo con este esqueleto debe restarse a cada unión un par de electrones por lo que el S queda con tres electrones restantes, el oxígeno con cinco y cada cloro con 6. Al descontar 6 ealrededor del átomo central enlazados, deben quedar 26 – 6 = 20, para distribuir entre los átomos restantes. Cada Cl queda con 6 electrones a su alrededor con lo que cumple la regla del octeto. Al O le restan 5 y al S 3. Por lo tanto, podemos distribuir esos 8 electrones de manera que sólo queden enlaces simples OO O O OO O O

Cl OO

O

O O

OO O O

S OO

2

OO O O

Cl OO

O O

De los 3 enlaces que forma el S uno debe ser coordinado (el S - O ), ya que el S sólo forma dos enlaces simples por compartimiento de electrones con átomos de Cl.

Ejemplo 2: -1

[N03] . El número de electrones es 5 + 18 + 1 = 24 y la estructura básica debe ser: OO O

OO

OO

O

N

O

O

O

O

O O

OO O O

O

O

OO O O

O O

Si descontamos 6 electrones enlazados alrededor del átomo central (N) nos quedan 18 para distribuir. Como cada O tiene 5 e-, y el átomo del N le sobran 2 electrones sin enlazar, para poder completar el octeto es necesario optar por un doble enlace con uno de los O, quedando uno de ellos con un electrón sin enlazar. De esta manera se puede repartir los 16 electrones restantes para completar los octetos y la estructura sería:

OO

OO O

O

O O

OO

N

O O O O

OO

OO O O

O

-1

O

O O

OO

El símbolo de Lewis N indica que el N utiliza dos de sus electrones impares para formar el doble enlace y uno para formar un enlace simple por lo que el enlace restante debe ser coordinado. Ejemplo 3: N204. El número de electrones es 10 + 24 = 34 y la estructura básica debe ser:

O

OO

OO

OO O

O

O

N

O

O

O O

O

OO O

O O

O O

OO

N

O O

O O

O

O

O

O

O

OO O O

O

Debemos descontar 10 electrones quedando 24. Como cada O queda con 5 y a cada N le sobran 2 sin enlazar, son necesarios 24. Por lo tanto debernos colocar dos dobles enlaces, (no puede haber un enlace triple ya que algún N quedaría con 10) entre un N y un O.

3

Al distribuir los 20 electrones restantes tendríamos la estructura: OO

OO O O

O O O O

O

O O O O

O

O O OO

OO

OO

OO

O

O O

N

O O O O

N

O OO

OO

Como cada N utiliza 2 electrones impares para el enlace doble y uno para unirse al otro N, el par restante lo usará para formar un enlace coordinado con el otro O por lo cual en la molécula hay dos enlaces dobles y dos coordinados. Ejemplo 4: C2Cl2. Tenemos 8 + 14 = 22 electrones de valencia. La estructura básica debe ser

Cl

O

O

OO O O

O

O

C

O

O

C O

O

OO

OO O

O

Cl

O O

OO

Cada C se une al próximo con un enlace simple por lo que se debe descontar 2 electrones y por cada enlace C - Cl se debe descontar 2, por lo que restan 16 electrones por distribuir. Cada C queda con 2 electrones sin enlazar y cada Cl con 6. Los Cl han quedado con el octeto completo; los sobrantes 4 electrones deben ubicarse de forma tal que también se complete el octeto, de esta manera cada C aporta dos de esos electrones y se forma el triple enlace. No se pueden ensayar 2 enlaces dobles entre el C y el Cl ya que el Cl sólo forma enlaces simples; es por ello que la estructura será entonces: OO O O

Cl

OO O O

C

OO O OO O

C

O O

OO

Cl

O O

OO

Ejemplo 5:

HCl03. Tenemos 1+ 7+ 18 = 26 electrones de valencia. La estructura básica debe ser. O-Cl-O-H O O O

O O

O O OO

HO

O

OO O O

Cl O

O

O

O O

OO O O O

O

O O

O

Si descontamos 8 electrones enlazados quedan 18 para distribuir. El H ya está satisfecho; a cada C le hacen falta 2 para completar el octeto y el Cl queda con 12 electrones a su alrededor. Es por ello que el Cl debe aportar al C cada par electrónico, formando enlaces coordinados, de tal suerte que los O completen el octeto. No es posible formar enlaces múltiples entre el O y el Cl. Por lo tanto, la estructura final será:

4

O O O O

O O

O OO

O O

H

O O O O

Cl OO

O O

O

O O O

O O

O O

OO

Moléculas Deficientes u octetos “virtuales”: En estas el átomo central queda con menos de 8 electrones. Por ejemplo en el BF 3. Cada F completa el octeto al formarse un enlace simple y el el B queda 6 electrones. Se debe recordar que el B forma una estructura isoelectrónica de gas noble al perder sus tres electrones, por lo que su octeto podría llamarse “vitual”. De igual manera ocurre para el grupo II y el Grupo VII. O O O O OO O O

F

F

O O

OO O O

OO

B

O O O O

F O O

OO

O O

O O

Cl OO

OO O O

Be OO Cl O O

O O

Moléculas con octetos expandidos: Los átomos que no pertenecen al II periodo pueden ampliar su octeto por promoción de electrones a subniveles d y formar compuestos como ClF3, XeF4, PCl5, SF6, IF7 donde el átomo central puede quedar con más de 8 electrones en su capa de valencia. OO O O

Cl

OO O O

Cl

OO

OO O O

O O

O O

P

OO OO

Cl O O

O O

O O O O O O O O O O OO OO

Cl

Cl

Algunas notas finales: Debemos tener presente que generalmente los átomos que pueden formar enlaces triples son aquellos como C, N, P, que tienen tres electrones desapareados, mientras que para formar enlaces dobles, los átomos deben tener por lo menos dos de ellos. +1

Existen algunas excepciones como el CO y el NO en donde el O forma triples enlaces, lo cual puede explicarse mediante la teoría de hibridación de orbitales. Las reglas aquí enunciadas son de aplicación general para un curso básico y debe entenderse que hay muchas excepciones cuyas explicaciones escapan a los objetivos del de Química General.

5

Estructuras de Lewis para los iones poliatómicos más comunes

o H

+1

-1 oo o Oo o x xo o o x Cl xx O o o xx oo

xx

x x H o No H xo H amonio

x x o o -1 x Cl xx O o o xx oo hipoclorito

clorito

-1 oo o Oo o o o o xx o o o o O x Mn xx O o o x x o o -1 o o o x xo o o x Br xx O o o o Oo xx oo oo hipobromito

permanganato

cianuro

o -1 o Oo o o oo xo x Nx o O x x oo o

-1 oo o Oo o x xo o o x Br xx O o o xx oo bromito

hipoyodito o o Oo o o oo xo o O N x x o xx oo o Oo o o oo

-2 o o Oo o o ox oo x S x Oo x oxx o oo o Oo o o o

perclorato

-1 oo o Oo o o o o xx o o o o O x Br xx O o o o o o x xo o o o Oo oo

-1

oo o Oo o x xo

oo Oo o oo

x x

x Br xx

o Oo o o oo

perbromato

oo o Oo o x xo x I

xx

-1 oo Oo o oo

x x

o Oo o o oo

-1 oo o Oo o o o o xx o o o x o Oo x I x Oo o o o x xo o o o Oo oo

yodato

oo xx x x -1 o Oo o o o x H x SoC x x x N xo o xx tiocinato

hidroxilo

-2 oo o Oo o o o o xx o o o Oo o o O x Cr x x x o oo o o o o Oo oo

sulfato

peryodato

fosfito

6

carbonato

dicromato

-3 o o Oo o o oo xo oo o o Ox P o x Oo o o o x xo o o o Oo oo fosfato

Nota: enlaces covalentes coordinados : x x

-1

o o Oo o o oo xo o O C x x o xo oo o Oo o o o

oo oo -2 o Oo o Oo o o o o o o xx o o xx o o o o o o O x Cr x O x Cr o x Oo o o o x xo o o o x xo o o o Oo o Oo oo oo

cromato

-3 o o Oo o o ox oo x P x Oo o o x x o o x x o o - 2 x o xo oo o x o Oo o O xo S x o Ox S o O o o o oo xx oo xx oo o tiosulfato

o Oo o o oo

-1

-2 oo o Oo o o o o xx o o o o Ox S o x Oo o o o x xo o o o Oo oo

sulfito

xx

oo Oo o oo

x x

bromato

yodito

nitrato

nitrito

x Cl

-1 oo o Oo o o o o xx o o o Cl x O o o Ox x o o o o x xo o o o Oo oo

clorato

-1 oo o Oo x x o o -1 o x x o o o x I xx O o x I xx O o o o xx oo xx oo

x x -1 ooo N oC x xx

-1

oo o Oo o x xo

-3 o o Oo o o ox oo x Oo Bo ox oo o Oo o o o borato

-2