Modelo atómico de Lewis

En el artículo “The atom and the molecule”* Gilbert N. Lewis publicó su teoría sobre el modelo de átomo cubico para poder explicar el fenómeno de la valencia atómica. A pesar de que rápidamente se abandonó en favor de modelos más desarrollados, tiene una importancia histórica gracias a su aporte en el entendimiento de los enlaces químicos.

Características del modelo de Lewis

El átomo cúbico fue un modelo atómico temprano en el que los electrones se posicionaban en las ocho esquinas de un cubo en un átomo o molécula no polar. Esta teoría fue desarrollada en 1902 por Gilbert N. Lewis y publicada en 1916 en el artículo “El átomo y la molécula” y utilizada para explicar el fenómeno de valencia. La teoría de Lewis se basaba en la regla de Abegg. Fue desarrollado en 1919 por Irving Langmuir como el átomo octeto cúbico. La siguiente figura muestra representaciones estructurales para elementos de la segunda fila de la tabla periódica

Átomos según el modelo de átomo cúbico
Átomos según el modelo de Lewis de átomo cúbico

Aunque el modelo cúbico del átomo se abandonó pronto en favor del modelo de mecánica cuántica basado en la ecuación de Schrödinger, y por lo tanto ahora es principalmente de interés histórico, representó un importante paso hacia la comprensión del vínculo químico. El artículo de 1916 de Lewis también introdujo el concepto del par de electrones en el enlace covalente, la regla del octeto, y la ahora llamada estructura de Lewis.

Los enlaces en el modelo de átomo cúbico

Los enlaces covalentes simples se forman cuando dos átomos comparten un borde, como en la estructura C de abajo. Esto resulta en el intercambio de dos electrones. Los enlaces iónicos se forman por la transferencia de un electrón de un cubo a otro sin compartir un borde (estructura A). Un estado intermedio en el que sólo se comparte un rincón (estructura B) también fue postulado por Lewis.

Formación de enlaces en el modelo de átomo cubico
Formación de enlaces en el modelo de átomo cúbico

Los enlaces dobles se forman al compartir una cara entre dos átomos cúbicos. Esto resulta en compartir cuatro electrones:

Formación de enlaces dobles según el modelo de Lewis
Formación de enlaces dobles según el modelo de Lewis

El modelo de átomo cúbico no pudo explicar los enlaces triples, porque no hay forma de que dos cubos compartan tres bordes paralelos. Lewis sugirió que los pares de electrones en los enlaces atómicos tienen una atracción especial, que dan lugar a una estructura tetraédrica, como en la siguiente figura (la nueva ubicación de los electrones está representada por los círculos punteados en el centro de los bordes gruesos). Esto permite la formación de un vínculo simple al compartir una esquina, un vínculo doble al compartir un borde, y un vínculo triple al compartir una cara. También explica la libre rotación alrededor de los enlaces simples y la geometría tetraédrica del metano.

Propuesta para un triple enlace de según el modelo atómico de Lewis
Propuesta para un triple enlace de según el modelo atómico de Lewis

Para más información The Cubical Atom