Hispanopedia WikiEn química , el conteo de electrones es un formalismo para asignar un número de electrones de valencia a los átomos individuales de una molécula. Se utiliza para clasificar compuestos y para explicar o predecir su estructura electrónica y sus enlaces . [ 1 ] Muchas reglas en química se basan en el conteo de electrones:
- La regla del octeto se utiliza con estructuras de Lewis para elementos del grupo principal , especialmente los más ligeros como el carbono , el nitrógeno y el oxígeno .
- regla de los 18 electrones [ 2 ] en química inorgánica y química organometálica de metales de transición ,
- Regla de Hückel para los electrones π de los compuestos aromáticos ,
- Teoría de pares de electrones esqueléticos poliédricos para compuestos de clústeres poliédricos , incluidos metales de transición y elementos de los grupos principales y mezclas de los mismos, como los boranos .
Los átomos se denominan " deficientes en electrones " cuando tienen muy pocos electrones en comparación con sus respectivas reglas, o " hipervalentes " cuando tienen demasiados. Dado que estos compuestos tienden a ser más reactivos que los que cumplen con su regla, el conteo de electrones es una herramienta importante para identificar la reactividad de las moléculas. Si bien el formalismo de conteo considera cada átomo por separado, estos átomos individuales (con su carga hipotética asignada) generalmente no existen como especies libres .
Reglas de conteo
Existen dos métodos para contar electrones: el "conteo neutro" y el "conteo iónico". Ambos métodos dan el mismo resultado (y, por lo tanto, pueden utilizarse para verificar el cálculo).
- El método de conteo neutro asume que la molécula o fragmento estudiado consta de enlaces puramente covalentes . Fue popularizado por Malcolm Green junto con la notación de ligandos L y X. [ 3 ] Generalmente se considera más sencillo, especialmente para metales de transición de baja valencia. [ 4 ]
- El método de "conteo iónico" presupone enlaces puramente iónicos entre los átomos.
Es importante, sin embargo, tener en cuenta que la mayoría de las especies químicas existen entre los extremos puramente covalentes e iónicos.
Conteo neutral
- El conteo neutro supone que cada enlace se divide equitativamente entre dos átomos.
- Este método comienza con la localización del átomo central en la tabla periódica y la determinación del número de sus electrones de valencia. El conteo de electrones de valencia para los elementos del grupo principal es diferente al de los metales de transición, que utilizan el conteo de electrones d .
- Por ejemplo, en el periodo 2: B, C, N, O y F tienen 3, 4, 5, 6 y 7 electrones de valencia, respectivamente.
- Por ejemplo, en el periodo 4: K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Fe, Ni tienen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 electrones de valencia respectivamente.
- Se añade uno por cada haluro u otro ligando aniónico que se une al átomo central mediante un enlace sigma.
- Se añaden dos por cada par de electrones no enlazantes que se une al metal (por ejemplo, cada base de Lewis se une con un par de electrones no enlazantes). Los hidrocarburos insaturados, como los alquenos y los alquinos, se consideran bases de Lewis . De forma similar, los ácidos de Lewis y Brønsted (protones) no contribuyen.
- Se añade uno por cada enlace homoatómico.
- Se suma uno por cada carga negativa y se resta uno por cada carga positiva.
conteo iónico
- El conteo iónico presupone una distribución desigual de los electrones en el enlace. El átomo más electronegativo del enlace gana el electrón perdido por el átomo menos electronegativo.
- Este método comienza calculando el número de electrones del elemento, asumiendo un estado de oxidación .
- Por ejemplo, un Fe 2+ tiene 6 electrones.
- S 2− tiene 8 electrones
- Se añaden dos por cada haluro u otro ligando aniónico que se une al metal mediante un enlace sigma .
- Se añaden dos por cada par de electrones no enlazantes que se une al metal (por ejemplo, cada ligando de fosfina puede unirse con un par de electrones no enlazantes). De forma similar, los ácidos de Lewis y Brønsted (protones) no contribuyen en nada.
- En el caso de ligandos insaturados como los alquenos, se añade un electrón por cada átomo de carbono que se une al metal.
Electrones donados por fragmentos comunes
"Casos especiales"
El número de electrones "donados" por algunos ligandos depende de la geometría del conjunto metal-ligando. Un ejemplo de esta complicación es la entidad M– NO . Cuando este grupo es lineal, el ligando NO se considera un ligando de tres electrones. Cuando la subunidad M–NO está fuertemente doblada en N, el NO se trata como un pseudohaluro y, por lo tanto, es un ligando de un electrón (en el enfoque de conteo neutro). La situación no es muy diferente de la del alilo η 3 frente al η 1. Otro ligando inusual desde la perspectiva del conteo de electrones es el dióxido de azufre .
Ejemplos
Para una molécula de agua (H₂O ) , tanto el conteo neutro como el conteo iónico dan como resultado un total de 8 electrones.
El método de conteo neutro supone que cada enlace OH se divide por igual (cada átomo recibe un electrón del enlace). Por lo tanto, ambos átomos de hidrógeno tienen un electrón. El átomo de oxígeno tiene 6 electrones de valencia. El total de electrones es 8, lo que concuerda con la regla del octeto.
Con el método de conteo iónico, el oxígeno, que es más electronegativo, ganará electrones donados por los dos átomos de hidrógeno en los dos enlaces OH para convertirse en O²⁻ . Ahora tiene un total de 8 electrones de valencia, lo que cumple con la regla del octeto.
- CH 4 , para el C central
- Conteo neutro: C aporta 4 electrones, cada radical H aporta uno cada uno: 4 + 4 × 1 = 8 electrones de valencia
- Conteo iónico: C 4− aporta 8 electrones, cada protón aporta 0 cada uno: 8 + 4 × 0 = 8 electrones.
- Lo mismo ocurre con H:
- Conteo neutro: H aporta 1 electrón, C aporta 1 electrón (los otros 3 electrones de C son para los otros 3 hidrógenos en la molécula): 1 + 1 × 1 = 2 electrones de valencia.
- Conteo iónico: H aporta 0 electrones (H + ), C 4− aporta 2 electrones (por H), 0 + 1 × 2 = 2 electrones de valencia
- Conclusión: El metano sigue la regla del octeto para el carbono y la regla del dueto para el hidrógeno, por lo que se espera que sea una molécula estable (como vemos en la vida cotidiana).
- H 2 S , para el S central
- Conteo neutro: S aporta 6 electrones, cada radical de hidrógeno aporta uno cada uno: 6 + 2 × 1 = 8 electrones de valencia
- Conteo iónico: S 2− aporta 8 electrones, cada protón aporta 0: 8 + 2 × 0 = 8 electrones de valencia
- Conclusión: con un recuento de electrones de octeto (en el azufre), podemos anticipar que el H₂S sería pseudotetraédrico si se consideran los dos pares de electrones no enlazantes.
- SCl 2 , para el S central
- Conteo neutro: S aporta 6 electrones, cada radical de cloro aporta uno cada uno: 6 + 2 × 1 = 8 electrones de valencia
- Conteo iónico: S 2+ aporta 4 electrones, cada anión cloruro aporta 2: 4 + 2 × 2 = 8 electrones de valencia
- Conclusión: véase la discusión sobre el H₂S más arriba. Tanto el SCl₂ como el H₂S cumplen la regla del octeto; sin embargo, el comportamiento de estas moléculas es bastante diferente.
- SF 6 , para el S central
- Conteo neutro: S aporta 6 electrones, cada radical de flúor aporta uno cada uno: 6 + 6 × 1 = 12 electrones de valencia
- Conteo iónico: S 6+ aporta 0 electrones, cada anión fluoruro aporta 2: 0 + 6 × 2 = 12 electrones de valencia
- Conclusión: el conteo iónico indica que la molécula carece de pares de electrones no enlazantes; por lo tanto, su estructura será octaédrica, tal como predice la teoría VSEPR . Podría pensarse que esta molécula sería altamente reactiva, pero ocurre lo contrario: el SF6 es inerte y se utiliza ampliamente en la industria debido a esta propiedad.
El RuCl 2 (bpy) 2 es un complejo metálico octaédrico con dos ligandos bidentados de 2,2′-bipiridina (bpy) y dos ligandos de cloruro.
En el método de conteo neutro, el rutenio del complejo se trata como Ru(0). Tiene 8 electrones d que contribuyen al conteo de electrones. Los dos ligandos bpy son ligandos neutros de tipo L , por lo que contribuyen con dos electrones cada uno. Los dos ligandos cloruro son haluros y, por lo tanto, donadores de 1 electrón, que contribuyen con 1 electrón cada uno al conteo de electrones. El conteo total de electrones de RuCl₂ ( bpy) ₂ es 18.
En el método de conteo iónico, el rutenio del complejo se trata como Ru(II). Posee 6 electrones d que contribuyen al recuento electrónico. Los dos ligandos bpy son ligandos neutros de tipo L , por lo que cada uno aporta dos electrones. Los dos ligandos cloruro son ligandos aniónicos, por lo que cada uno dona 2 electrones al recuento electrónico. El recuento electrónico total de RuCl₂ ( bpy) ₂ es 18, lo que concuerda con el resultado del conteo neutro.
- TiCl 4 , para el Ti central
- Conteo neutro: El Ti aporta 4 electrones, cada radical de cloro aporta uno cada uno: 4 + 4 × 1 = 8 electrones de valencia
- Conteo iónico: Ti 4+ aporta 0 electrones, cada anión cloruro aporta dos cada uno: 0 + 4 × 2 = 8 electrones de valencia
- Conclusión: Al tener solo 8 electrones (frente a los 18 posibles), podemos prever que el TiCl₄ será un buen ácido de Lewis. De hecho, reacciona (en algunos casos violentamente) con agua, alcoholes, éteres y aminas.
- Conteo neutro: Fe aporta 8 electrones, cada CO aporta 2 cada uno: 8 + 2 × 5 = 18 electrones de valencia
- Conteo iónico: Fe(0) aporta 8 electrones, cada CO aporta 2 cada uno: 8 + 2 × 5 = 18 electrones de valencia
- Conclusiones: Este es un caso especial, donde el recuento iónico es igual al recuento neutro, siendo todos los fragmentos neutros. Dado que se trata de un complejo de 18 electrones, se espera que sea un compuesto aislable.
- Ferroceno, (C 5 H 5 ) 2 Fe , para el Fe central:
- Conteo neutro: El Fe aporta 8 electrones, los 2 anillos de ciclopentadienilo aportan 5 cada uno: 8 + 2 × 5 = 18 electrones
- Conteo iónico: Fe 2+ aporta 6 electrones, los dos anillos aromáticos de ciclopentadienilo aportan 6 cada uno: 6 + 2 × 6 = 18 electrones de valencia en el hierro.
- Conclusión: Se prevé que el ferroceno sea un compuesto aislable.
Véase también
Referencias
- ↑ Parkin, Gerard (2006). "Valencia, número de oxidación y carga formal: tres conceptos relacionados pero fundamentalmente diferentes" . Journal of Chemical Education . 83 (5): 791. Bibcode : 2006JChEd..83..791P . doi : 10.1021/ed083p791 . ISSN 0021-9584 . Consultado el 10 de noviembre de 2009 .
- ↑ Rasmussen, Seth C. (marzo de 2015). "La regla de los 18 electrones y el conteo de electrones en compuestos de metales de transición: teoría y aplicación" . ChemTexts . 1 (1) 10. Bibcode : 2015ChTxt...1...10R . doi : 10.1007/s40828-015-0010-4 . ISSN 2199-3793 .
- ↑ Green, MLH (1995-09-20). "Un nuevo enfoque para la clasificación formal de compuestos covalentes de los elementos". Journal of Organometallic Chemistry . 500 ( 1– 2): 127– 148. doi : 10.1016/0022-328X(95)00508-N . ISSN 0022-328X .
- ↑ Green, MLH (1995-09-20). "Un nuevo enfoque para la clasificación formal de compuestos covalentes de los elementos" . Journal of Organometallic Chemistry . 500 (1): 127– 148. doi : 10.1016/0022-328X(95)00508-N . ISSN 0022-328X .
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