Aportaciones de Lewis

Aportaciones de Lewis

Muchas de las ideas en torno al enlace químico entre átomos fueron propuestas por primera vez por el químico estadounidense Gilbert Lewis (1875-1946), quién planteó que la capacidad de combinación de los elementos, o su valencia, se relaciona con el número de electrones de valencia de sus átomos, e ideó los diagramas y representaciones de átomos y moléculas que ya hemos usado. Lewis también formuló un modelo que permitió explicar por qué cada elemento tiene una valencia determinada y sus ideas se resumen en el siguiente principio.

Cuando diferentes átomos interaccionan unos con otros, el producto más estable es aquel en el que cada átomo participante tiene ocho electrones de valencia o adquiere el mismo número de electrones que el gas noble más parecido a él el número de protones. Esto puede lograrse si los átomos ganan, pierden o comparten sus electrones de valencia.

Este principio se conoce como la regla del octeto, y aunque hoy sabemos que la regla tiene excepciones, es muy útil para predecir y explicar la estructura molecular de Gran variedad de compuestos, en particular de los átomos formados por elementos de los primeros dos periodos de la tabla periódica ( como carbono, nitrógeno y oxígeno), los halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo) y los metales (como sodio, potasio, magnesio y calcio). La excepción más importante a la regla es la del átomo de hidrógeno, porque no tiene electrones suficientes para formar un octeto. Sin embargo, cuando un átomo de este elemento reacciona con otros, normalmente comparte o pierde su único electrón de valencia y forma un solo enlace.

De acuerdo con la regla del octeto, un átomo de carbono forma cuatro enlaces si se combina con otros átomos, porque así se rodea de ocho electrones de valencia, lo que le da estabilidad a la nueva molécula. Cuando un átomo de hidrógeno se combina con otros elementos no metálicos, como el carbono, gana estabilidad al compartir su único electrón y adquirir, de esta forma, dos electrones (el mismo número que el átomo de helio, el gas noble con similar número de protones). Por ello, cuando el carbono y el hidrógeno reaccionan, la fórmula del compuesto estable que se forma es metano (CH4).

La regla del octeto y los diagramas de punto de Lewis permiten predecir cómo se enlazarán los átomos de diferentes elementos al combinarse químicamente. Otro ejemplo: considera el átomo de nitrógeno con 5 electrones de valencia y un diagrama de puntos de Lewis con la siguiente estructura:

Aunque cada átomo de nitrógeno tiene cinco electrones de valencia, solo tres participan en la formación de enlaces con otros átomos. De este modo, cuando el hidrógeno reacciona con el nitrógeno, se forma una molécula con las siguientes fórmulas y estructuras.

Los átomos de nitrógeno solo requieren compartir tres electrones para quedar rodeados por un octeto, y por eso, la valencia del nitrógeno es 3.

Las ideas de Lewis también explican por qué en ocasiones algunos átomos, como los del carbono, nitrógeno y oxígeno, se combinan formando enlaces dobles o triples. Piensa en la molécula de dióxido de carbono (CO2), para satisfacer la regla del octeto, cada carbono debe compartir cuatro electrones y dos cada oxígeno. ¿De qué manera pueden combinarse para que todos los átomos adquieran un octeto? Si analizas con detalle las siguientes estructuras y comprendes la regla del octeto, encontrarás con facilidad la respuesta:

La regla del octeto permite explicar la formación de iones en la reacción entre elementos metálicos y no metálicos. Tomemos como ejemplo el caso del compuesto iónico cloruro de sodio (NaCl), que se forma a partir de la combinación del elemento metálico sodio (Na), localizado en la primera familia de la tabla periódica, y el elemento no metálico cloro, en el grupo 17 o 7A. El sodio, por tanto, tiene un electrón de valencia, mientras que el cloro posee siete, como indican los diagramas de punto de Lewis.

Cuando un átomo de sodio interactúa con uno de cloro, Este atrae al electrón de valencia con más fuerza que el propio átomo de sodio y el electrón se transfiere de un átomo a otro. El átomo de sodio adquiere una carga positiva, porque pierde un electrón, mientras que el de cloro se vuelve negativo. La transferencia del electrón de valencia del sodio al cloro causa que los átomos de cloro obtengan un octeto de electrones. Al perder un electrón, los átomos de sodio permanecen con el mismo número de electrones que el neón, el gas noble más parecido al sodio el número de protones.

Esta transferencia de electrones se da entre cada átomo de sodio que interactúa con uno de cloro, por lo que durante la reacción química se produce un gran número de cationes y aniones que se atraen. Como resultado de este proceso no se forma moléculas individuales, sino una red iónica constituida por millones de iones positivos rodeados por iones negativos, y viceversa. La fórmula del compuesto que se forma se representa como NaCl, no porque esta sustancia esté constituida por moléculas con un ion de sodio y uno de cloro cada una, si no para indicar que en la red iónica hay un ion de sodio (Na+) por cada ion de cloro (Cl-)