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Contenido principal

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:
CH4 ó
C2H6
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.
Gilbert Newton Lewis. Créditos: CC BY-SA 4.0

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.
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 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 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 átomos 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 (NF3):
  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 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:
Recuerda que cada línea equivale a dos electrones pareados, por lo que cada átomo tiene ocho electrones rodeándolo.

Veamos otro ejemplo:

Determinar la notación de Lewis para el ácido cianhídrico (HCN):
  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 electrón de valencia; carbono grupo IV A: 4 electrones de valencia; nitrógeno, grupo V A: 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:
Observa que se cumple la regla del octeto para el carbono y el nitrógeno, y la regla del dueto para el hidrógeno.
¿Te animas a hacer un ejercicio?
Dibuja la notación de Lewis para el etileno o eteno (C2H4).

¿Y qué pasa con los compuestos iónicos?

Como seguramente te diste cuenta, existen en la naturaleza compuestos iónicos, es decir, que poseen una carga, ya sea positiva o negativa. Por ejemplo, tenemos al amonio NH4+ y el ión carbonato CO32.
¿Cómo podemos establecer la notación de Lewis en estos casos?
Las reglas son las mismas, sólo que debes tener cuidado al considerar la carga del ión al momento de contar los electrones de valencia: un catión implica la pérdida de un electrón por cada carga positiva, mientras para un anión tendremos que aumentar un electrón por cada carga negativa.
Usemos al amonio, ya que es una molécula bastante interesante para explicar, además, otro tipo de enlace: el enlace covalente coordinado o también llamado dativo.
El ión amonio se forma al reaccionar el amoníaco (NH3) con un catión H+. Como puedes notar, según su notación de Lewis, el amoníaco está en equilibrio y su átomo central cumple con la regla del octeto (el nitrógeno tiene 5 electrones de valencia y presenta 3 enlaces covalentes):
Sin embargo, como ves, el nitrógeno posee dos electrones sin enlazar. Éstos podrían dar origen a un enlace adicional, si es que son atraídos, por ejemplo un ión hidrógeno H+. Como consecuencia de esa interacción tendría lugar la formación del ión amonio. Al ser los dos electrones provistos por el nitrógeno, para ser compartidos, el tipo de enlace se denomina dativo o covalente coordinado. Este tipo de enlace se grafica con una flecha hacia el átomo que recibe los electrones.
Ahora, con esta información, intentemos realizar la notación de Lewis para el ión amonio.
Para el caso del amonio, entonces, tendremos:
  1. El átomo central es el nitrógeno, rodeado por los cuatro átomos de hidrógeno.
  2. Contamos electrones de valencia: el nitrógeno, grupo V A: 5 electrones de valencia; hidrógeno, grupo IA: 1 electrón de valencia. Ahora, toma en cuenta que la carga del amonio es (+1), por lo que al total de electrones de valencia [5+(4×1)], deberás restarle 1.
  3. Ahora, dibujamos al nitrógeno y los hidrógenos con sus enlaces, haciendo cumplir la regla del octeto para el caso del nitrógeno, y la regla del dueto, para los hidrógenos. Recuerda que tenemos un electrón menos y uno de los enlaces es dativo.
  1. Finalmente, debes colocar la carga del compuesto, encerrando la molécula entre paréntesis o corchetes, de la siguiente manera:
¡Ahora ya puedes realizar tus propias notaciones de Lewis!

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