Estaba revisando la estructura del ácido nítrico en Wikipedia, sin embargo no lograba entender por qué se veía así, ya que parecía contradecir la siguiente afirmación:
Se prefiere una estructura de Lewis con cargas formales pequeñas o inexistentes sobre una estructura de Lewis con cargas formales grandes.
Si lo dibujamos como el de la derecha, nos deshacemos de las cargas formales y se dice que la estructura es más "estable". ¿Por qué este concepto no funciona en este caso?
El nitrógeno está en la segunda fila sin orbital $d$ en la capa de valencia. Cumple la regla del octeto y no puede tener más de 8 electrones.
Existen excepciones a la regla del octeto. Tener menos de 8 electrones es menos preferible pero aún posible, y es comúnmente visto en radicales libres y cationes. Por otro lado, tener más de 8 electrones es extremadamente desfavorable para los átomos del segundo periodo. 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 cumplen la regla del dueto mientras que los átomos en la tercera capa y más allá pueden cumplir con la regla de los 18 electrones, la regla de los 12 electrones o la regla de los 8 electrones. Sin embargo, las reglas de los 18 electrones y los 12 electrones son mucho menos estrictas que la regla de los 8 electrones y las violaciones son comunes.
Según la teoría del enlace de valencia, la estructura electrónica de una molécula es una combinación de todas las posibles estructuras de resonancia que puedas escribir, incluyendo estructuras con todas las posibles cargas formales y conteos extraños de electrones. Sin embargo, sus contribuciones no son iguales, algunas son más favorables que otras.
Para el HNO3, para satisfacer la regla del octeto, el átomo de nitrógeno formaría 1 enlace doble y 2 enlaces simples. Basándonos solo en la regla del octeto, hay 3 posibles estructuras de resonancia que son favorables.
Sin embargo, las dos primeras estructuras de resonancia son significativamente más favorables que la tercera, porque tienen una menor cantidad de cargas formales. Como resultado, usualmente solo escribimos las dos estructuras dominantes. El enlace entre OH y N es cercano a un enlace simple normal. Los otros dos enlaces N-O tienen un orden de enlace cercano a 1.5.
También es común escribir una mezcla de estructuras de resonancia como la forma híbrida
Cabe destacar 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 en los átomos individuales. Las líneas de puntos indican que en algunas estructuras ese enlace es un enlace simple y en otras un enlace doble, y el orden está en algún punto entre 1 y 2.
¡Bien! Aquí tienes una respuesta corta y rápida..!!
Estaba bastante seguro de que la estructura de Lewis de $\ce{HNO3}$ sería aquella con carga formal 0 y después encontré este. Aunque este enlace solo muestra cómo calcular la carga formal en $\ce{HNO3}$ pero da una pequeña pista.
En segundo lugar, se me ocurrió que si te centras en la resonancia, habrá carácter de doble enlace en ambos enlaces entre N & O.
Históricamente, no había nada incorrecto con estructuras como la que dibujaste a la derecha. Iwan Ostromisslensky no tuvo problemas dibujando 4-cloro-1,2-dinitrobenceno con un nitrógeno pentavalente en 1908.[1] (Sí, un grupo nitro no es nitrato ni ácido nítrico, pero después de un tiempo de búsqueda simplemente tomé lo que encontré para probar mi punto.)
Staudinger y Meyer dibujaron el dimetilanilinoxido de manera similar en 1919:[2]
No pude encontrar el momento exacto en que las preferencias cambiaron así que abandoné la búsqueda. Debe haber sido alrededor del tiempo en que la química cuántica de los orbitales se estaba volviendo cada vez más clara, y se dio cuenta de que hay solo cuatro orbitales a los que el nitrógeno tiene acceso para enlazarse (2s y tres 2p). A partir de entonces, las personas describieron las estructuras con nitrógeno en el centro con solo cuatro enlaces, reflejando mejor la realidad.
Para elementos de períodos superiores, principalmente azufre y fósforo, muchas personas aún eligen dibujar demasiados enlaces en lugar de escribir estructuras con cargas separadas. Esto a menudo se explica con la ‘participación de losorbitales d’ — pero desde un punto de vista práctico, el orbital 3d tiene una energía muy similar al 4s y sin embargo, nadie sugiere la participación del 4s. Todas las estructuras de ‘octeto extendido’ pueden dibujarse de una manera que cumpla con la regla del octeto, por lo que tal vez sea solo cuestión de tiempo hasta que los enlaces $\ce{P=O}$ en los fosfatos desaparezcan.
En cuanto a las reglas para determinar la probabilidad de estructuras de Lewis, este es un mejor conjunto:
Se prefieren las estructuras de Lewis en las cuales todos los átomos tienen un octeto (doblete para el hidrógeno).
Si 1. no se puede cumplir, se prefieren las estructuras de Lewis que tienen el menor número de elementos con estructuras suboctetos.
Si 1. o 2. generan un conjunto de posibles estructura, elige una que tenga el menor número de cargas formales.
Si 3. deja un conjunto de estructuras posibles, elige una donde las cargas formales se distribuyan según la electronegatividad (elementos electronegativos teniendo cargas formales negativas).
Si 4. deja un conjunto de estructuras posibles, elige una en la que las cargas formales estén más cerca entre sí.
Si tu estructura final tiene un octeto expandido en un elemento de un grupo principal, comienza nuevamente 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.
Incluso si tienes un octeto completo, si el átomo central tiene una carga formal positiva, generalmente formamos enlaces dobles hasta que la carga formal se reduzca a 0 lo más cerca posible, ya que esa será la configuración más estable. Sin embargo, hay algunas excepciones.
Por favor, echa un vistazo al ion clorato. Para el clorato, esperarías dejar cuatro oxígenos unidos simple 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 enlaces dobles hasta que se elimine la carga formal y nos queda solo una carga formal de -1 en el oxígeno unido simple.
edit: al observar tu pregunta, la estructura de la izquierda es preferida aunque la de la derecha tiene una carga formal más baja.
¿Quizás la página de ácido nítrico de Wikipedia tiene la estructura incorrecta? Parece que todos los átomos de oxígeno están unidos simple en la figura en la parte superior derecha.
https://en.wikipedia.org/wiki/Nitric_acid
Buscando imágenes, Wikipedia tiene las estructuras de resonancia correctas con el oxígeno unido doble, sin embargo, solo hay un enlace doble contrariamente a lo que esperamos que sean dos enlaces dobles.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitric-acid-resonance-A.png
Tres oxígenos están unidos a un átomo de nitrógeno. El oxígeno, al ser más electronegativo, atrae más fuertemente el par de electrones. Uno de los oxígenos se une a un átomo de hidrógeno y comparte un electrón con el nitrógeno para completar su octeto, mientras que el 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 coordinado o dáctilo.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
