5.3: Diagramas de Lewis

Lewis utilizó diagramas simples (ahora llamados diagramas de Lewis) para llevar la cuenta de cuántos electrones estaban presentes en la capa más externa, o de valencia, de un átomo dado. El núcleo del átomo, es decir, el núcleo junto con los electrones interiores, se representa con el símbolo químico, y sólo los electrones de valencia se dibujan como puntos que rodean el símbolo químico. Así, los tres átomos que se muestran en la Figura 1 de Electrones y valencia pueden representarse mediante los siguientes diagramas de Lewis:

Si el átomo es un átomo de gas noble, son posibles dos procedimientos alternativos. O bien podemos considerar que el átomo tiene cero electrones de valencia o bien podemos considerar que la capa más externa llena es la capa de valencia. Los tres primeros gases nobles pueden escribirse así:

Nótese en el ejemplo anterior que los diagramas de Lewis de los metales alcalinos son idénticos excepto por sus símbolos químicos. Esto concuerda muy bien con el comportamiento químico muy similar de los metales alcalinos. Del mismo modo, los diagramas de Lewis para todos los elementos de otros grupos, como los alcalinotérreos o los halógenos, tienen el mismo aspecto.

Los diagramas de Lewis también pueden utilizarse para predecir las valencias de los elementos. Lewis sugirió que el número de valencias de un átomo era igual al número de electrones de su capa de valencia o al número de electrones que habría que añadir a la capa de valencia para conseguir la estructura de la capa electrónica del siguiente gas noble. Como ejemplo de esta idea, consideremos los elementos Be y O. Sus diagramas de Lewis y los de los gases nobles He y Ne son

Comparando el Be con el He, vemos que el primero tiene dos electrones más y por lo tanto debería tener una valencia de 2. El elemento O podría esperarse que tuviera una valencia de 6 o una valencia de 2 ya que tiene seis electrones de valencia-dos menos que el Ne. Utilizando las reglas de valencia desarrolladas de esta manera, Lewis pudo explicar el aumento y la disminución regular de los subíndices de los compuestos en la tabla que se encuentra en la sección de Valencia, y que se reproduce aquí. Además, pudo explicar más del 50% de las fórmulas de la tabla. (Las que coinciden con sus ideas están sombreadas en color en la tabla. Tal vez desee consultar ahora esa tabla y verificar que algunas de las fórmulas indicadas siguen las reglas de Lewis). El éxito de Lewis en este sentido dio una clara indicación de que los electrones eran el factor más importante para mantener unidos los átomos cuando se formaban las moléculas.

A pesar de estos éxitos, también se encuentran dificultades en las teorías de Lewis, en particular para los elementos más allá del calcio en la tabla periódica. El elemento Br (Z = 35), por ejemplo, tiene 17 electrones más que el gas noble Ar (Z = 18). Esto nos lleva a concluir que el Br tiene 17 electrones de valencia, lo que hace difícil explicar por qué el Br se parece tanto al Cl y al F aunque estos dos átomos tengan sólo siete electrones de valencia.