Como el nitrógeno tiene $1$ par solitario y $3$ electrones, o bien debe tener una covalencia máxima de $5$ o $3$ . Pero, ¿por qué tiene una covalencia máxima de $4$ ¿en su lugar?
¿Por qué se fue $1$ ¿electrón? ¿Por qué tuvo que romper un par solitario?
Recordemos que la covalencia es el número de pares de electrones compartidos que forma un átomo de ese elemento. La covalencia del nitrógeno máximo la covalencia es realmente $4$ . Y no, lo hace no romper su par solitario.
Le daré un ejemplo sencillo. Mira la estructura de Lewis del ion amonio:
( _ fuente _ )
Obsérvese que el octeto de nitrógeno se completa en cuanto se enlaza con tres $\ce{H}$ átomos (aka forma amoníaco). El cuarto enlace covalente es en realidad un coordenadas enlace covalente, formado cuando el par solitario de ese átomo de nitrógeno se dona a un protón.
Esta es también la máxima covalencia para el átomo de nitrógeno, ya que no tiene más electrones no apareados que puedan emparejarse con otros átomos, para formar más enlaces covalentes.
Ejercicio de deberes: ¿Puedes ahora deducir la máxima covalencia del hermano mayor del nitrógeno, el oxígeno?
Precaución: cosas extra por delante esto ayudará a los que tienen conocimientos más allá del nivel de la escuela secundaria. Si tienes un nivel de bachillerato o inferior, vuelve a casa y juega con tu gato.
Una idea de última hora: La valencia es un término inútil que no ayuda a hacer química. Diferentes fuentes lo definen de manera diferente (dos definiciones en Wikipedia ). Sólo ayuda a llenar los libros de texto de la escuela secundaria con más páginas, pero se vuelve irrelevante con la introducción de mejores términos como el número de coordinación, que realmente te dice algo sobre la estructura de la molécula. Aunque la "valencia" puede ser útil en un curso básico para principiantes, este punto de vista tiene sus limitaciones.
He aquí un ejemplo de tal contradicción. Se puede esperar que los elementos del período $3$ y superior para mostrar covalencias más altas. Un ejemplo de ello es el fósforo. Aunque pertenece al mismo grupo que el nitrógeno, puede formar compuestos como $\ce{PCl5}$ (aparentemente) aumentando su máxima covalencia a $5$ en su lugar. Las razones se suelen atribuir a la hipervalencia/expansión de octetos, pero son conceptos erróneos y obsoletos que ha sido sustituido por nuevos conceptos . De hecho, $\ce{P}$ todavía tiene un covalencia de cuatro sur $\ce{PCl5}$ ya que sólo hay cuatro pares de electrones compartidos (los electrones no enlazados no cuentan). Esto refuerza la idea de que los números de coordinación son un término mejor y más útil que la valencia. ( $\ce{P}$ ahora tiene un número de coordinación de $5$ sur $\ce{PCl5}$ )
Hay que tener en cuenta que, como generalmente sólo los electrones de valencia participan en el enlace, los electrones 1s no pueden ser donados para formar 5 enlaces a partir de 5 orbitales disponibles.
Gaurang, tu "ejercicio de deberes" es bastante difícil. Ciertamente el oxígeno puede compartir 3 pares como H3O+, pero ¿puede compartir 4 pares? sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0009261487804906 ; pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja00265a031
@DavePhD Sí, tienes razón, gracias por traerlo aquí. Más tarde también me había encontrado con esto Acetato de zinc . Por lo tanto, el oxígeno tetravalente existe. Aunque, sólo estaba pensando desde un punto de vista elemental.
El nitrógeno tiene una configuración electrónica $\ce{1s^2 2s^2 2p^3}$ por lo que se puede esperar que haga 3 enlaces covalentes acomodando 3 electrones en los orbitales $\ce{p}$ . Sin embargo, hay menos repulsión de los dominios de electrones cuando el $\ce{2s}$ orbital se hibrida con el $\ce{p}$ orbitales para formar 4 $\ce{sp^3}$ orbitales. En uno de los orbitales habrá un par de electrones emparejados que pueden formar un enlace de coordenadas. Los otros 3 orbitales harán 3 enlaces covalentes acomodando 3 electrones.
Nota: En la molécula de amoníaco el par de electrones se encuentra solo en un orbital $\ce{sp^3}$ diferente del átomo aislado. No hay distinción entre los enlaces (covalentes y coordinados) en el ion amonio.
[...] hay menos repulsión de los dominios de los electrones cuando el orbital 2s se hibrida [...] La hibridación es un concepto matemático, lo que probablemente estás tratando de decir es que los orbitales s y p se mezclan, lo cual es similar, pero diferente. (Se puede describir correctamente la molécula sin orbitales híbridos, no se puede describir correctamente sin mezcla de sp). Además, el nitrógeno no forma cuatro orbitales sp³, eso es una aproximación, ya que el par solitario seguirá teniendo una contribución s ligeramente mayor. Sin embargo, esta respuesta es correcta en su esencia.
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