Estructuras de Lewis - UNAM

1 Pedro L. Rodr guez Porca. v 4 - P gina 1 Estructuras DE Lewis Las Estructuras , diagramas o f rmulas de Lewis (USA, 1916) de una mol cula son representaciones bidimensionales sencillas del esqueleto o conectividad de los tomos en la mol cula y de la posici n de los electrones enlazantes y no enlazantes. Tienen como finalidad explicar el enlace covalente mediante la compartici n de uno o m s pares de electrones entre dos tomos con el objeto de cerrar capa y conseguir as la m xima estabilidad. 1. Reglas para obtener la estructura de Lewis 1. Elegir el tomo central, que ser generalmente el menos electronegativo, exceptuando el H (y generalmente el F) que siempre son terminales porque solo pueden formar un enlace.

2 En los compuestos org nicos siempre es el C (excepto en los teres). 2. Alrededor del tomo central se sit an los dem s (ligandos) de la forma m s sim trica posible. En los ox cidos, generalmente el H se une al O. (En CO y NO, C y N son centrales) O HH BFFF O OO N HHHH C O agua, H2O trifluoruro de boro, BF3 ozono, O3 ion amonio, NH4+ mon xido de carbono, CO N O COOHH N OOO SOOOOHH P OClClCl mon xido de nitr geno, NO cido metanoico, HCOOH i n nitrato, NO3- cido sulf rico, H2SO4 oxicloruro de f sforo, POCl3 C CHH S OO etino, C2H2 di xido de azufre, SO2 3. Calcular el n mero total de electrones de valencia de todos los tomos, a adiendo la carga neta si la hay (ejemplos: si la carga neta es -2, a adir dos electrones; si la carga neta es +1, restar un electr n).

3 Tendremos as el n mero total de electrones para asignar a enlaces y tomos. O HH BFFF O OO N HHHH C O 8 electrones 24 electrones 18 electrones 8 electrones 10 electrones N O COOHH N OOO SOOOOHH P OClClCl 11 electrones 18 electrones 24 electrones 32 electrones 32 electrones C CHH S OO 10 electrones 18 electrones 4. Dibujar un enlace entre cada par de tomos conectados, asignando a cada enlace un par de electrones que se ir n restando del total. Pedro L. Rodr guez Porca. v 4 - P gina 2 O HH BFFF O OO N HHHH C O N O COOHH N OOO SOOOOHH P OClClCl C CHH S OO 5. Comenzando por los ligandos y terminando en el tomo central, asignar los electrones restantes, en forma de pares, a cada tomo hasta cerrar capa.

4 El H cierra con 2. En general los tomos centrales del 2 per odo cierran con 8 electrones, excepto Be con 4 y B con 6. Si hay alg n electr n desapareado ste se representa por un solo punto, que se situar l gicamente en el tomo central (en este caso la mol cula tiene momento magn tico y es paramagn tica). O HH BFFF O OO N HHHH C O N O COOHH N OOO SOOOOHH P OClClCl C CHH S OO En el proceso de asignaci n de electrones, una vez comenzada la asignaci n a un tomo no se termina con l hasta que se le cierre su capa, tal como se puede observar en el etino. 6. Calcular la carga formal de cada tomo comenzando por el central. La carga formal es la carga hipot tica que tiene cada tomo en la estructura de Lewis y se obtiene por diferencia entre los electrones de valencia del tomo libre y los asignados en la estructura a dicho tomo, es decir: qf = n e- valencia (n e- no enlazantes + n e- enlaces) o de una forma a n m s simple: qf = n e- valencia (n e- no enlazantes + n enlaces) Las cargas formales se indican mediante un signo y n mero encerrado en un c rculo sobre el tomo.

5 No se indican las cargas formales nulas. La carga formal neta debe coincidir con la carga de la mol cula. O HH BFFF O OO+2 N HHHH C O N O COOHH N OOO+2 SOOOOHH+2 P OClClCl C CHH+2-2 S OO+2 7. Si la carga formal del tomo central es igual a la carga neta de la mol cula o si es negativa, entonces la estructura es correcta y se termina aqu el proceso. Pedro L. Rodr guez Porca. v 4 - P gina 3 En los ejemplos se han enmarcado las Estructuras correctas: el agua y trifluoruro de boro porque los tomos centrales tienen carga formal nula que es la carga neta de las mol culas, y el ion amonio por tener el tomo central la misma carga formal que la carga neta de la mol cula. Obs rvese que el boro cierra con 6 electrones.

6 O HH BFFF N HHHH 8. En caso contrario, modificar la estructura formando un doble enlace entorno al tomo central desplazando un par no enlazante del ligando negativo al tomo central, lo que cancela un par de cargas formales, una negativa y otra positiva. Repetir este proceso hasta: a) Si el tomo central es del 2 per odo: ste cierre capa (o si el n mero de electrones es impar, cierre con un electr n de menos). Es el caso del O3, CO, NO, HCOOH, NO3- y C2H2. Aunque se pudieran formar m s dobles enlaces en algunos casos, no es posible porque el tomo central ya cierra capa. En el NO, el N cierra con siete electrones. O OO+2 O OO C O C O N O N O COOHH COOHH N OOO+2 NOOO C CHH+2-2C CHHC CHH b) Si el tomo central es del 3 o m s per odos: ste tenga carga formal nula o se hayan formado dos dobles enlaces (se rodean de m s de ocho electrones por tener orbitales d disponibles).

7 SOOOOHH+2 SOOOOHH SOOOOHH P OClClCl P OClClCl S OO+2S OO+2 Pedro L. Rodr guez Porca. v 4 - P gina 4 9. Se prefiere la estructura sin cargas o con la m nima carga formal, o con el menor n mero de tomos con carga formal. Las Estructuras con cargas formales del mismo signo en tomos adyacentes son poco probables. Si debe tener carga formal, se prefiere que la carga negativa se sit e en el tomo m s electronegativo. Si se aplican bien todas las reglas enunciadas, generalmente se llega a la estructura correcta. As , para el cloruro de carbonilo, COCl2, podemos formular algunas de las posibles Estructuras , pero solo la primera, a la que se llega aplicando las reglas, es la correcta, mientras que las dem s son incorrectas, tanto porque no se llega a ellas aplicando las reglas como por lo dicho en este punto noveno: COClCl +2C OClClOCClCl-2 10.

8 Aparece el fen meno de resonancia cuando se pueden escribir Estructuras de Lewis equivalentes para una mol cula, es decir, cuando el desplazamiento del par no enlazante para formar un doble enlace del paso 8 se puede realizar desde dos o m s ligandos id nticos. Cada una de esas Estructuras es una forma resonante, que se separan entre ellas mediante una flecha doble, siendo la estructura real de la mol cula una mezcla de todas ellas, un h brido de resonancia. De esta forma se obtienen dobles enlaces deslocalizados y rdenes de enlace (fraccionarios) iguales entre cada par de tomos id nticos, en concordancia con los datos experimentales. Cu ntas m s formas resonantes presente una mol cula, menor ser la energ a de la misma.

9 En los ejemplos propuestos anteriormente se presenta resonancia en el ozono y en el ion nitrato. En el ozono, en el que hay dos formas resonantes id nticas, el doble enlace deslocalizado se reparte entre dos uniones, por lo que su contribuci n al orden de cada enlace es , siendo el orden de enlace entonces de 1 . En el ion nitrato, con tres formas resonantes id nticas, el doble enlace deslocalizado se reparte entre tres uniones, por lo que el orden de enlace final queda en 1 1/3. O OOOOO OOO NOOONOOON OOO NOOO 2. Procedimiento intuitivo para obtener la estructura de Lewis Es un m todo que permite obtener de forma bastante f cil Estructuras de Lewis en el caso de mol culas poco complicadas desde el punto de vista electr nico.

10 Se basa en formar enlaces covalentes a partir de electrones desapareados de cada tomo para que cada uno de ellos cierre capa. Para ello, despu s de aplicar los dos primeros pasos del apartado anterior, se dibujan las representaciones de Lewis de cada tomo. As , para el NH3, O2, COCl2 y BeF2 (el Be cierra capa con 4 electrones): N HHH O O COClCl Be FF A continuaci n se forman los enlaces covalentes entre electrones desapareados (indic ndose mediante un segmento): N HHH O O COClCl Be FF quedando finalmente: Pedro L. Rodr guez Porca. v 4 - P gina 5 N HHH O O COClCl Be FF Tambi n se pueden abordar Estructuras un poco m s complejas como algunas que tienen por tomo central elementos del 3 o m s per odos, para lo cual hay que saber que pueden cerrar capa con m s de ocho electrones.