Así que estaba comprobando la estructura del ácido nítrico en Wikipedia, sin embargo, no pude entender por qué se veía así porque parecía para contradecir la siguiente afirmación:
Se prefiere una estructura de Lewis con cargas formales pequeñas o nulas a una estructura de Lewis con cargas formales grandes.
Si la dibujamos como la de la derecha, obtenemos deshacerse de los cargos formales y se dice que la estructura es más «estable». ¿Por qué este concepto no funciona en este caso?
Comentarios
- El el izquierdo satisface la regla de los 8 electrones (algo así …)
- Sí, pero dejemos que ‘ s echemos un vistazo a otro ejemplo: H3PO4 Aunque la formación del octeto no se cumple, se prefiere la estructura sin cargos formales. Aquí está la comparación: i.img ur.com/XLpgIjn.png
- ¿Cómo sabes cuál es el preferido?
- Es bastante estricto que el número de electrones alrededor de N no debe exceder los 8. Tener menos de 8 electrones no es ideal, pero está bien. El nitrógeno tiene solo 4 orbitales de cenefa, suficientes para contener 8 electrones. No es una cuestión de preferencia, la segunda estructura es simplemente imposible. Es como si no pudieras dibujar un doble enlace a un átomo de hidrógeno.
- Es muy importante saber que la regla del octeto de Lewis es una y la fórmula de Lewis otra. Eso no significa que no se puedan combinar. El principal defecto de la fórmula de Lewis es que solo puede describir enlaces covalentes con dos electrones cada uno. Por lo tanto, una estructura de Lewis nunca es una representación completa de la imagen de enlace.
Respuesta
El nitrógeno está en el segundo fila sin orbital $ d $ en la capa de valencia. Obedece la regla del octeto y no puede tener más de 8 electrones.
Hay excepciones a la regla del octeto. Tener menos de 8 electrones es menos preferible, pero aún posible, y se ve comúnmente en radicales libres y cationes. Por otro lado, tener más de 8 electrones es extremadamente desfavorable para los átomos del segundo período. Tales estructuras electrónicas se pueden encontrar en especies extremadamente inestables o estados excitados, como el radical CH5.
Como comparación, los átomos de la primera capa obedecen a la regla del dúo, mientras que los átomos de la tercera capa y más allá pueden obedecer 18- regla de los electrones, regla de los 12 electrones o regla de los 8 electrones. Sin embargo, la regla de los 18 electrones y las reglas de los 12 electrones son mucho menos estrictas que la regla de los 8 electrones y las violaciones son un lugar común.
Según la teoría del enlace de valencia , la estructura electrónica de una molécula es una combinación de todas las estructuras de resonancia posibles que puede escribir, incluidas las estructuras con todas las cargas formales posibles y recuentos de electrones extraños. Sin embargo, sus aportes no son uniformes. algunos de ellos son más favorables que otros.
Para HNO3, para satisfacer la regla del octeto, el átomo de nitrógeno formaría 1 enlace doble y 2 enlaces simples. Basándose solo en la regla del octeto, hay 3 posibles estructuras de resonancia que son favorables.
Sin embargo, la primera dos estructuras de resonancia son significativamente más favorables que la tercera, porque tienen menor cantidad de cargas formales. Como resultado, generalmente solo escribimos las dos estructuras dominantes. El enlace entre OH y N está cerca de un enlace sencillo normal. Los otros dos enlaces NO tienen un orden de enlace cercano a 1.5.
También es común escribir una mezcla de estructuras de resonancia como la forma híbrida
Tenga en cuenta que esta representación no es una única estructura de Lewis , sino una forma conveniente de representar muchas estructuras de resonancia en la misma figura. No proporciona información sobre el orden exacto de los enlaces o las cargas formales de los átomos individuales. Las líneas punteadas indican que en algunas estructuras donde ese enlace es un enlace simple y en otras un enlace doble, y el orden está entre 1 y 2.
Respuesta
¡Bueno! aquí hay una breve respuesta rápida .. !!
Estaba bastante seguro de que la estructura de Lewis de $ \ ce {HNO3} $ sería la que tendría 0 cargo formal y que encontré esto . Aunque este enlace solo muestra cómo calcular el cargo formal en $ \ ce {HNO3} $, pero da una pequeña pista.
En segundo lugar, me vino a la mente una idea de que si se enfocaba en la resonancia, habrá carácter de doble enlace en ambos enlaces entre N & O.
Respuesta
Históricamente, no había nada malo con estructuras como la que dibujaste a la derecha.Iwan Ostromisslensky no tuvo problemas para extraer 4-cloro-1,2-dinitrobenceno con un nitrógeno pentavalente en 1908. [1] (Sí, un grupo nitro no es nitrato o ácido nítrico, pero después de algún tiempo de buscando, tomé lo que encontré para probar mi punto.)
Staudinger y Meyer extrajeron dimetilanilinóxido de manera similar en 1919: [2]
No pude encontrar el momento en el que las preferencias cambiaron, así que me di por vencido. Debe haber sido en algún momento cuando la química cuántica de los orbitales se estaba volviendo cada vez mejor y mejor comprendida, y se dio cuenta de que solo hay cuatro orbitales a los que el nitrógeno tiene acceso para la unión (2s y tres 2p). De ahora en adelante, las personas describieron estructuras con nitrógeno en el centro con solo cuatro enlaces, lo que refleja mejor la realidad.
Para elementos de períodos más altos, sobre todo azufre y fósforo, muchas personas todavía optan por establecer demasiados enlaces en lugar de escribir estructuras de carga separada. Esto a menudo se explica con «participación d-orbital», pero desde un punto de vista práctico, el orbital 3d tiene una energía muy similar a la de los 4, pero nadie sugiere la participación de los 4. Todas las estructuras de octetos extendidos se pueden dibujar de una manera que se ajuste a la regla del octeto, por lo que tal vez sea solo cuestión de tiempo hasta que desaparezcan los enlaces $ \ ce {P = O} $ en fosfato.
En cuanto a las reglas para determinar la probabilidad de estructuras de Lewis, este es un conjunto mejor:
-
Se prefieren las estructuras de Lewis en las que todos los átomos tienen un octeto (doblete para hidrógeno).
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Si 1. no se puede cumplir, se prefieren las estructuras de Lewis que tienen el menor número de elementos con estructuras de sub-octetos.
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Si 1. o 2. generan un conjunto de posibles estructuras, elija una que tenga un número mínimo de cargos formales.
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Si 3. deja un conjunto de posibles estructuras, elija uno donde las cargas formales se distribuyen según la electronegatividad (elementos electronegativos que tienen cargas formales negativas).
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Si 4. deja un conjunto de posibles estructuras, elija una en la que las cargas formales están más juntos.
-
Si su estructura final tiene una octeto expandido en un elemento del grupo principal, comience de nuevo en 1.
Referencias:
[1]: I. Ostromisslensky, J. Prakt. Chem. 1908 , 78 , 263. DOI: 10.1002 / prac.19080780121 .
[2]: H. Staudinger, J. Meyer, Helv. Chim. Acta 1919 , 2 , 608. DOI: 10.1002 / hlca.19190020161 .
Comentarios
- Incluso he visto óxido de trifluoroamina dibujado con un doble enlace del nitrógeno al oxígeno produciendo 10 electrones alrededor del nitrógeno. El enlace nitrógeno-oxígeno en realidad tiene un carácter de doble enlace, pero esto proviene de estructuras de contribución iónica de la forma $ \ ce {(O = NF_2 ^ +) F ^ -} $, nada con diez electrones de valencia en nitrógeno.
Respuesta
Aunque tenga un octeto lleno, si el átomo central tiene una carga formal positiva, generalmente forman dobles enlaces hasta que la carga formal se reduce a 0 lo más cerca posible, ya que esa será la configuración más estable. Sin embargo, hay algunas excepciones.
Por favor, eche un vistazo al ion clorato. Para el clorato, esperaría dejar cuatro oxígenos unidos al cloro, sin embargo, nos queda una carga formal de +3 en el cloro y -1 en cada uno de los oxígenos. Por lo tanto, formamos dobles enlaces hasta que se elimina la carga formal y nos queda solo una carga formal de -1 en el oxígeno de enlace simple.
editar: mirando su pregunta, la estructura de la izquierda es preferible incluso aunque el de la derecha tiene una carga formal más baja.
¿Quizás Wikipedia tiene la estructura incorrecta para la página de ácido nítrico? Parece que todos los átomos de oxígeno están unidos de forma simple en la figura de la parte superior derecha.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nitric_acid
Buscando imágenes, Wikipedia tiene las estructuras de resonancia correctas con el oxígeno de doble enlace, sin embargo, solo hay un enlace doble, contrario a lo que esperamos, que son dos enlaces dobles.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitric-acid-resonance-A.png
Comentarios
- Sí, de hecho. Sin embargo, ¿no ‘ este principio contradice la estructura del HNO3? Se dice que la carga formal del átomo central (nitrógeno) es +1.
- @ZaferCesur El cloro y el nitrógeno son fundamentalmente diferentes. El átomo de nitrógeno no tiene orbital d porque es el segundo período. Tiene sólo s y py el número máximo de electrones que puede contener es 8. El cloro está en el tercer período. Puede contener hasta 18 electrones.
- Bien, ¡lo tengo ahora!Quizás deberías publicar una respuesta para que pueda votar a favor o algo así.
- @XiaoleiZhu Sí, en este caso no es posible formar dos enlaces dobles ya que los octetos extendidos están formados solo por átomos con orbitales d vacantes en la capa de valencia (elementos p del tercer período o períodos posteriores). Gracias por la aclaración.
- La imagen de Wiki es un gráfico que es solo un mapa de enlace y ángulo. Incluso en el cloro (especialmente en elementos inferiores), los orbitales d no tienen ningún papel en la unión (@XiaoleiZhu). El concepto de hipervalencia (ver también goldbook ) todavía está siendo criticado y normalmente se hace referencia a enlaces de cuatro electrones y tres centros, en lugar de incluir orbitales d en los elementos del grupo principal.
Respuesta
Tres oxígenos están unidos a un átomo de nitrógeno. El oxígeno, que es más electronegativo, atrae al par de Uno de los electrones se une a un átomo de hidrógeno y comparte un electrón con el nitrógeno para completar su octeto y el átomo de oxígeno restante comparte otro electrón con el átomo de nitrógeno. De esta manera, los pares de electrones se donan parcialmente y se forma un enlace covalente o dativo coordinado