Limitaciones de la estructura de puntos de Lewis

Estructuras de Lewis: Definición

Es posible que ya conozcas las estructuras puntuales de Lewis en el artículo "Diagramas puntuales de Lewis". Te recomendamos que le eches un vistazo a ese artículo antes de seguir leyendo. Pero antes de pasar al tema principal de este artículo, ¿qué son realmente las estructuras de Lewis?

Las estructuras de puntos de Lewis también se conocen como estructuras de Lewis, diagramas de puntos de Lewis, diagramas de puntos y cruces y diagramas de puntos de electrones. Estos cinco términos se refieren a lo mismo: un diagrama que muestra los átomos, los electrones de val encia y el enlace de una molécula. En estos diagramas, los electrones se muestran como puntos y los enlaces covalentes como líneas.

Las estructuras de puntos de Lewis se basan en la idea de que los átomos obedecen la regla del octeto, es decir, que intentan tener ocho electrones en su capa externa. Sin embargo, como veremos más adelante, no siempre es así.

Ejemplos de estructuras de puntos de Lewis

Puede ser útil ver algunos ejemplos de estructuras de puntos de Lewis antes de hablar de sus inconvenientes. En primer lugar, consideremos el agua, _H2O. He aquí su estructura de Lewis:

Fig. 1. Diagrama de puntos de Lewis del agua.

¿Qué nos dice esto?

• La molécula está formada por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno central por enlaces covalentes simples. Están representados por líneas rectas.
• El átomo de oxígeno tiene dos pares de electrones solitarios. Están representados por pares de puntos.

Veamos a continuación la estructura de Lewis del ozono, _O3.

Fig. 2. Diagrama de puntos de Lewis del ozono.

¿Qué podemos deducir?

• La molécula está formada por tres átomos de oxígeno unidos por un enlace covalente simple y otro doble.
• Los átomos de oxígeno tienen un número variable de pares solitarios de electrones.

Sin embargo, esta estructura no es del todo exacta. En realidad, los dos enlaces entre los átomos de oxígeno son equivalentes. En lugar de haber un enlace simple y uno doble, ambos enlaces pueden considerarse enlaces y medio. Esto se debe a que el ozono presenta resonancia. Éste es un ejemplo de una de las limitaciones de las estructuras de puntos de Lewis. Veámoslas ahora.

Limitaciones de la estructura de puntos de Lewis

Por muy útil que sea la estructura de puntos de Lewis, tiene sus limitaciones. Ya hemos mencionado algunas de ellas. Aquí tienes algunas más:

• No muestra la longitud de los enlaces ni el tamaño de los átomos.
• No muestra los distintos tipos de orbitales.
• No representa con precisión la resonancia.
• No muestra la geometría.
• Supone que todos los átomos siguen la regla del octeto.

Limitaciones de las estructuras de Lewis: Longitud de los enlaces y tamaño de los átomos

En primer lugar, las estructuras de puntos de Lewis no son diagramas a escala. No muestran el tamaño relativo de los átomos ni la longitud de los enlaces. En las estructuras de Lewis, todos los átomos tienen el mismo tamaño y todos los enlaces la misma longitud, mientras que en la realidad no es así.

Fig. 3. Eteno. Fuente: commons.wikimedia.org

Limitaciones de las estructuras de Lewis: Orbitales

Cuando los átomos se enlazan covalentemente, sus orbitales electrónicos se solapan. Pero antes de que esto ocurra, el átomo a veces altera algunos de sus orbitales para igualarlos todos. Este proceso se denomina hibridación.

Por ejemplo, los orbitales ^sp2 están formados por un orbital s y dos orbitales p que se reorganizan para formar tres orbitales idénticos. Los encontramos en el eteno, por ejemplo. En cambio, los orbitales ^sp3 están formados por un orbital s y tres orbitales p que se reorganizan para formar cuatro orbitales idénticos. Los encontramos en el etano.

Sin embargo, los diagramas de Lewis no distinguen entre los distintos orbitales electrónicos y muestran todos los enlaces covalentes como iguales.

Fig. 4. Eteno, izquierda, y etano, derecha. Fuente: commons.wikimedia.org

Limitaciones de las estructuras de Lewis: Resonancia

Al principio del artículo, vimos la estructura de puntos de Lewis del ozono. Contenía un enlace simple O-O y un doble enlace O=O. En nuestra estructura de Lewis, el doble enlace estaba a la derecha, pero también podemos dibujar una estructura de Lewis igualmente válida con el doble enlace a la izquierda.

Fig. 5. Estructuras de resonancia del ozono.

En realidad, el ozono presenta resonancia. Esto significa que no puede representarse con exactitud mediante ninguna de estas dos estructuras de Lewis, conocidas como estructuras de resonancia. En su lugar, adopta la forma de una molécula híbrida, que es un promedio de las dos estructuras de resonancia. En lugar de tener un enlace simple O-O y un enlace doble O=O, tiene dos enlaces iguales uno y medio. Puedes ver claramente que esto no se muestra en los diagramas de Lewis de las estructuras de resonancia del ozono. Son una representación inexacta del ozono, y de la resonancia en general.

Limitaciones de las estructuras de Lewis: Geometría

A continuación, consideremos las estructuras de Lewis y la geometría. De hecho, las estructuras de puntos de Lewis son una mala representación de la geometría de una molécula. No muestran ángulos de enlace ni posiciones.

Por ejemplo, el agua. Ya hemos visto su estructura de Lewis. El agua es una molécula en forma de V, lo que significa que el ángulo entre sus dos enlaces es de 104,5°. Pero esto no se puede deducir de un diagrama de Lewis.

Fig. 6. Diagrama de Lewis del agua.

Fig. 6. Amoníaco, mostrado con su estructura de Lewis, a la izquierda, y su geometría, a la derecha. Modificado de: commons.wikimedia.org

Limitaciones de las estructuras de Lewis: Regla del octeto

Cuando dibujas diagramas de Lewis, tienes que asignar pares de electrones a los átomos. Lo haces suponiendo que todos los átomos siguen la regla del octeto.

Esto significa que intentamos que todos los átomos tengan ocho electrones de valencia. Sin embargo, en algunos átomos y moléculas no es así.

Fig. 7. Trifluoruro de boro.

Los diagramas de Lewis también nos dicen que los gases nobles como el xenón no pueden formar enlaces, pues ya tienen ocho electrones de valencia. En realidad, esto no es así. El xenón puede formar moléculas, como el tetrafluoruro de xenón.

Fig. 8. Diagrama de puntos de Lewis del tetrafluoruro de xenón. Créditos de la imagen: commons.wikimedia.org

Ventajas e inconvenientes de las estructuras de Lewis

Aquí tienes una tabla que te ayudará a comprender las ventajas e inconvenientes de las estructuras de Lewis:

Hemos terminado con este artículo. A estas alturas ya deberías ser capaz de dibujar e interpretar las estructuras de Lewis de distintas moléculas. También deberías ser capaz de describir y explicar algunas de las limitaciones de las estructuras de Lewis.