16. Estructuras de Lewis (III)

16. Estructuras de Lewis (III) (¿Son todas las estructuras de Lewis creadas igual? Modelo 1. Dos posibles estructuras para el CO2. Experimentalmente, encontramos que ambos enlaces C−O en CO2 son idénticos. La energía de
enlace entre el carbono y el oxígeno en el CO2 es 804 kJ / mol; es decir, se requiere 804 kJ para
romper un mol de enlaces carbono-oxígeno en CO2.
Preguntas de Pensamiento Crítico
1. ¿Cómo se calculó el número de electrones en las posibles estructuras de Lewis del CO2?
2. ¿Es cada estructura propuesta en el Modelo 1 una estructura de Lewis valida para el CO2?
Explique por qué si o por qué no.
3. Basándo en los resultados experimentales, ¿cuál de las estructuras de Lewis, I o II,
proporciona una mejor descripción de CO2? Explica tu razonamiento.
1
Modelo 2: Carga Formal. Recordemos que el propósito de las estructuras de Lewis es proporcionar un modelo simple el cual
hace predicciones sobre la posible estructura molecular. A veces, como hemos visto en CO2, hay
más de una posible estructura de Lewis para una molécula. El concepto de carga formal se ha
encontrado útil para determinar la mejor (más útil) estructura de Lewis para una molécula. Las
cargas formales se asignan a los átomos en las moléculas según un conjunto de reglas.
Específicamente,
•
Carga formal = carga del core - número de electrones asignados
•
Los electrones se asignan de la siguiente manera:
1. Los electrones no enlazantes se asignan al átomo unido.
2. Los electrones compartidos se dividen en partes iguales entre los átomos enlazados.
•
Debido a las reglas anteriores, la suma de las cargas formales en una molécula o ion será
igual a la carga total de la molécula o ion.
Una estructura de Lewis no se considera completa si no se indican las cargas formales (no se
utiliza el "0"). La mejor estructura de Lewis es la (o las si es un híbrido de resonancia) con las
menores cargas formales. Cargas formales superiores a ± 1 nunca se encuentran en una buena
estructura de Lewis.
Ejemplo 1:
Para la siguiente estructura de Lewis del agua, H2O
Carga formal en el oxígeno = +6 (carga del core) - 6 (electrones asignados) = 0
Carga formal en el hidrógeno derecha = +1 (carga del core) - 1 (electrones asignado) = 0
Carga formal en el hidrógeno izquierda = +1 (carga del core) - 1 (electrones asignado) = 0
Todas las cargas formales son cero. El cero de las cargas formales no se escribe en las
estructuras de Lewis. Por lo tanto, la estructura de Lewis anterior completa, incluyendo las cargas
formales es:
2
Ejemplo 2:
Para la siguiente estructura de Lewis de monóxido de carbono, CO
Carga formal en el oxígeno = 6 (carga del core) - 5 (electrones asignados) = +1
Carga formal en el carbono = 4 (carga del core) - 5 (electrones asignados) = -1
La carga formal se encierra en un círculo y se escribe al lado del símbolo del átomo. Por lo tanto, la
estructura de Lewis completa para el monóxido de carbono, CO, es:
No hay una estructura Lewis válida que se pueda ser hacer para el CO en la que todas las cargas
formales sean cero y se cumpla la regla del octeto. Así, la estructura que se muestra más arriba es
la mejor estructura de Lewis para el CO, ya que tiene las cargas formales más bajas posibles y
obedece a la regla del octeto.
Preguntas de Pensamiento Crítico 4. a) Con base en el concepto de carga formal, cual es la mejor estructura de Lewis de CO2
(en el Modelo 1)− I o II? Explique su razonamiento.
b) Explica por qué la opción que elegiste en la parte a) es (o no es), consistente con los
datos experimentales.
5. Si la carga neta de una molécula es cero, es necesario que la carga formal de cada átomo
en la molécula sea igual a cero ¿Por qué si o por qué no?
6. A continuación se muestran dos estructuras de Lewis para el ácido fórmico.
3
a) De acuerdo con el Modelo 2, ¿cuál es la mejor estructura de Lewis?
b) La longitud del enlace C−O (sin átomos de hidrógeno unidos al de oxígeno) es 124 pm y la
longitud C−O (con un hidrógeno unido al oxígeno) es 131 pm. Explica si está o no de
acuerdo con tu respuesta a la parte a.
7. Haz una lista de comprobación que se puedan utilizar para determinar si una estructura de
Lewis es correcta y que es la mejor estructura de Lewis.
Ejercicios
1. Algunas de las siguientes estructuras de Lewis no tienen sus cargas formales. Indica
sus cargas formales (excepto el cero) cuando sea necesario. A continuación, utiliza la
lista de comprobación (de PPC 7) para verificar que cada estructura de Lewis
propuesta es la correcta.
2. La siguiente estructura de Lewis para el CO no tiene carga formal. Explica por qué esta
no es una estructura de Lewis válida
3. La estructura de Lewis para el ozono, O3, es
a) ¿Cuál es el orden de enlace O−O en la capa de ozono?
4
b) La longitud de enlace de un enlace sencillo oxígeno-oxígeno normal es de 148 pm.
La longitud de enlace doble oxígeno-oxígeno normal es de 121 pm. Es la longitud
de enlace oxígeno-oxígeno en el ozono es de 128 pm, está de acuerdo con estos
valores? Explica tu razonamiento.
4. Indica si la siguiente afirmación es verdadera o falsa y explica tu razonamiento.
El enlace carbono-nitrógeno en el H3CNH2 es más fácil de romper que el
enlace carbono-nitrógeno en el HCN.
5. JN Spencer, GM Bodner, y LH Rickard, Química: Estructura y Dinámica, Cuarta Edición,
John Wiley & Sons, 2008. Capítulo 4: Problemas: 26, 35, 67abc, 68, 70, 72, 75, 133.
26. ¿Cuál de las siguientes estructuras para el esqueleto del NO2 es mejor? Explica.
a) O−N−O
b) N−O−O
35. Escribe la estructura de Lewis para los siguientes moléculas que contienen nitrógeno:
a) N2O
b) N2O3 (ON-NO2)
67. Calcula la carga formal sobre el átomo de bromo en las siguientes moléculas:
a) HBr
b) Br2
c) HOBr
68. Calcula la carga formal sobre el átomo de nitrógeno en los siguientes iones, moléculas
o compuestos.
−
+
c) N2H4
d) NH2
a) NH3
b) NH4
70. Calcula la carga formal sobre los átomos boro y nitrógeno en BF3, NH3, y en el
F3B−NH3 formada cuando los dos gases se combinan.
72. Dibuja dos estructuras correctas para en ClNO y utiliza la carga formal para decidir cuál
es la mejor representación. ¿Qué evidencia experimental se podría utilizar para sostener tu
elección?
75. Abajo se muestra el esqueleto para las estructuras del ácido nitroso, HNO2. ¿Cuál es el
mejor acomodo de los átomos con base en su carga formal?
133. ¿Cuál de las siguientes estructuras de Lewis puede contribuir a la descripción de la
estructura electrónica del HNO3? Usa la carga formal para racionalizar tus elecciones?
(a)
Problemas
1. a) Proporciona la mejor estructura de Lewis (incluye las estructuras de resonancia y cargas
−
formales en caso de ser necesario) para el anión acetato, CH3COO . Estima la longitud de
enlace C−O basado en la información proporcionada en PPC 6.
b) ¿Cuál es el valor de la orden de enlace carbono-oxígeno en el ión acetato?
5