1.6 : Strutture di Lewis e oneri formali

I simboli di Lewis possono essere utilizzati per indicare la formazione di legami covalenti: questi sono mostrati nelle strutture di Lewis, disegni che descrivono il legame in molecole e ioni poliatomici. La tavola periodica può essere utilizzata per prevedere il numero di elettroni di valenza in un atomo e il numero di legami che si formeranno per raggiungere un ottetto. Gli elementi del gruppo 18, come l'argon e l'elio, hanno configurazioni elettroniche piene e quindi raramente partecipano ai legami chimici. Tuttavia, gli atomi del gruppo 17, come il bromo o lo iodio, necessitano di un solo elettrone per raggiungere l'ottetto. Quindi, gli atomi appartenenti al gruppo 17 possono formare un singolo legame covalente. Gli atomi del gruppo 16 necessitano di due elettroni per raggiungere un ottetto; quindi, possono formare due legami covalenti. Allo stesso modo, il carbonio, che appartiene al gruppo 14, ha bisogno di altri quattro elettroni per raggiungere un ottetto; quindi, il carbonio può formare quattro legami covalenti.

Consideriamo la struttura di Lewis della molecola di cloro:

La struttura di Lewis indica che ciascun atomo di Cl ha tre coppie di elettroni che non vengono utilizzati nel legame (chiamate coppie solitarie) e una coppia di elettroni condivisa (scritta tra gli atomi). A volte viene utilizzato un trattino (o una linea) per indicare una coppia di elettroni condivisa: Cl-Cl

Una singola coppia di elettroni condivisa è chiamata legame singolo. Ogni atomo di Cl interagisce con otto elettroni di valenza: i sei nelle coppie solitarie e i due nel legame singolo. Tuttavia, una coppia di atomi potrebbe dover condividere più di una coppia di elettroni per ottenere l'ottetto richiesto.

Un doppio legame si forma quando due coppie di elettroni sono condivise tra una coppia di atomi, come tra gli atomi di carbonio e ossigeno nel CH₂O (formaldeide).

Un triplo legame si forma quando tre coppie di elettroni sono condivise da una coppia di atomi, come nel monossido di carbonio (CO).

La carica formale di un atomo in una molecola è la carica ipotetica che l'atomo avrebbe se gli elettroni nei legami fossero distribuiti uniformemente tra gli atomi. La carica formale può essere calcolata sottraendo la somma del numero di elettroni non di legame e del numero di legami su un atomo (o metà del numero di elettroni di legame) dal numero di elettroni di valenza dell'atomo neutro:

Carica formale = # elettroni del guscio di valenza (atomo libero) − # elettroni di coppie solitarie − # legami

I calcoli della carica formale possono essere ricontrollati determinando la somma delle cariche formali per l'intera struttura. La somma delle cariche formali di tutti gli atomi in una molecola neutra deve essere zero; la somma delle cariche formali di uno ione dovrebbe essere uguale alla carica dello ione. Ricorda che la carica formale calcolata per un atomo non è la carica effettiva dell'atomo nella molecola. La carica formale è solo un'utile procedura di calcolo; non indica la presenza di carica effettiva.