5.3: Diagrammi di Lewis

Lewis usava diagrammi semplici (ora chiamati diagrammi di Lewis) per tenere traccia di quanti elettroni erano presenti nel guscio più esterno, o valenza, di un dato atomo. Il nucleo dell’atomo, cioè il nucleo insieme agli elettroni interni, è rappresentato dal simbolo chimico, e solo gli elettroni di valenza sono disegnati come punti che circondano il simbolo chimico. Pertanto i tre atomi mostrati in Figura 1 da elettroni e Valenza possono essere rappresentati dai seguenti diagrammi di Lewis:

Se l’atomo è un atomo di gas nobile, sono possibili due procedure alternative. O possiamo considerare l’atomo di avere zero elettroni di valenza o possiamo considerare il guscio pieno più esterno come il guscio di valenza. I primi tre gas nobili possono quindi essere scritti come:

Si noti dall’esempio precedente che i diagrammi di Lewis dei metalli alcalini sono identici tranne che per i loro simboli chimici. Questo concorda bene con il comportamento chimico molto simile dei metalli alcalini. Allo stesso modo, i diagrammi di Lewis per tutti gli elementi di altri gruppi, come le terre alcaline o gli alogeni, hanno lo stesso aspetto.

I diagrammi di Lewis possono anche essere usati per prevedere le valenze degli elementi. Lewis suggerì che il numero di valenze di un atomo fosse uguale al numero di elettroni nel suo guscio di valenza o al numero di elettroni che avrebbero dovuto essere aggiunti al guscio di valenza per ottenere la struttura del guscio elettronico del prossimo gas nobile. Come esempio di questa idea, considera gli elementi Be e O. I loro diagrammi di Lewis e quelli dei gas nobili He e Ne sono

Confrontando Be con He, vediamo che il primo ha altri due elettroni e quindi dovrebbe avere una valenza di 2. Ci si potrebbe aspettare che l’elemento O abbia una valenza di 6 o una valenza di 2 poiché ha sei elettroni di valenza—due meno di Ne. Usando le regole di valenza sviluppate in questo modo, Lewis è stato in grado di spiegare il regolare aumento e diminuzione dei pedici dei composti nella tabella trovata nella sezione di Valenza e riprodotta qui. Inoltre è stato in grado di rappresentare oltre il 50 percento delle formule nella tabella. (Quelli che sono d’accordo con le sue idee sono ombreggiati a colori nella tabella. Potresti voler fare riferimento a quella tabella ora e verificare che alcune delle formule indicate seguano le regole di Lewis.) Il successo di Lewis in questo contesto ha dato una chiara indicazione che gli elettroni erano il fattore più importante nel tenere insieme gli atomi quando le molecole si formavano.

Nonostante questi successi, ci sono anche difficoltà da trovare nelle teorie di Lewis, in particolare per gli elementi oltre il calcio nella tavola periodica. L’elemento Br (Z = 35), ad esempio, ha 17 elettroni in più rispetto al gas nobile Ar (Z = 18). Questo ci porta a concludere che Br ha 17 elettroni di valenza, il che rende imbarazzante spiegare perché Br assomiglia a Cl e F così da vicino anche se questi due atomi hanno solo sette elettroni di valenza.