5. CARGA FORMAL

La carga formal de un átomo covalentemente enlazado es igual al número de electrones de valencia del átomo sin enlazar (el número del grupo) menos el número de electrones asignados al átomo en su estado enlazado. Este número asignado es la mitad del número de electrones compartidos más el número total de electrones sin compartir. La suma de todas las cargas formales en una molécula equivale a la carga neta de la especie. En este contexto, tanto las cargas formales como las cargas iónicas reales (por ejemplo, Na+) se indican por los signos más y menos.

Problema 1.15. Determine la carga formal sobre cada átomo de las siguientes especies: (a) H3NBF3; (b) CH3NH3+ , y     (c)

La suma de todas las cargas formales es igual a la carga de la especie. En este caso el + 1 sobre N y el -1 sobre B se anulan y la especie es una molécula sin carga.

Estos ejemplos indican que las cargas formales aparecen sobre átomos que no tienen su covalencia usual y no tienen más que un octete de electrones de valencia. Las cargas formales se presentan siempre en una molécula o ion que puede imaginarse como formado a través de un enlace covalente coordinado.

Problema 1.16. Indíquese cómo: (a) H3NBF3, y (b) CH3NH3+ pueden formarse a través de un enlace covalente coordinado. Identifique el dador y el aceptor, señalando las cargas formales.

Problema 1.17. Basándose en los Problemas 1.11 y 1.16, obtenga una regla general para determinar la carga formal en un átomo y el papel que el átomo juega como centro dador o aceptor.

El átomo dador experimenta un incremento de carga positiva [el átomo de N en el Prob. 1.16(b)] o una disminución de la carga negativa [F– en el Prob. 1.11(b)]. El átomo aceptor gana carga negativa [el átomo de B en el Prob. 1.16(a)] o pierde carga positiva [el H+ en el Prob. 1.16(b)].

Tabla 1.3. Grupos funcionales más importantes

1 El fragmento en cursiva indica el grupo funcional.

2 Es una amina primaria (1.a); existen también aminas secundarias (2.a), R2NH y aminas terciarias (3a), R3N.

3 Puede denominarse también propanamina.

PROBLEMAS COMPLEMENTARIOS

Problema 1.18. ¿Por qué los compuestos de carbono son covalentes en lugar de iónicos?

Con cuatro electrones de valencia, el C requeriría mucha energía para ganar o perder cuatro electrones. Por ello, el carbono comparte electrones y forma enlaces covalentes.

Problema 1.19. Clasifique los siguientes compuestos como: (i) cadena ramificada, (ii) cadena no ramificada, (iii) cíclico, (iv) con enlaces múltiples, (v) heterocíclico:

Problema 1.20. Observando la tabla periódica, prediga las covalencias de los siguientes elementos en sus compuestos hidrogenados: (a) O; (b) S; (c) Cl; (d) C; (e) Si; (¦) P; (g) Ge; (h) Br; (i) N; (J) Se.

El número de enlaces covalentes formados por un elemento es 8 menos el número de su grupo. Por tanto: (a) 2; (b) 2; (c) 1; (d) 4; (e) 4; (¦) 3; (g) 4; (h) 1; (i) 3; (J) 2.

Problema 1.21. ¿Cuáles de los siguientes compuestos son isómeros del 2–hexeno:

Problema 1.22. Determínese la carga formal en cada elemento en la especie BF3Ar:

Problema 1.23. El reemplazamiento del grupo OH de los ácidos carboxílicos, RCO(OH), por otro grupo funcional genera una amplia clase de compuestos llamados derivados de ácido. Identifique los derivados de ácido en la columna IUPAC de la Tabla 1.3.

Hay cuatro: etanoato de etilo, etanamida, cloruro de etanoilo y anhídrido etanoico.

Problema 1.24. Escriba las estructuras de Lewis para los isómeros de fórmula C3H9N. Nombre los compuestos y clasifique en cada caso el grupo funcional que contienen.

Los tres C pueden unirse al N formando parte de uno, dos o tres grupos alquilo. El compuesto se nombra indicando cada grupo alquilo unido al nitrógeno dentro de una palabra cuyo sufijo es amina.

Problema 1.25. Escriba las estructuras de Lewis para los nueve isómeros de fórmula molecular C3H6O, en los cuales C, H y O tienen su covalencia usual. Nombre el o los grupos funcionales presentes en cada isómero.

No puede predecirse el número de isómeros mediante la mera inspección de la fórmula molecular. Un método lógico supone escribir los diferentes esqueletos formados por los átomos multivalentes, en este caso los tres C y el O. Hay tres esqueletos:

Para alcanzar las covalencias de 4 para C y 2 para O, son precisos ocho H. Ya que la fórmula molecular tiene sólo seis H, debe introducirse un doble enlace o un anillo en el esqueleto. En (i) el doble enlace puede situarse de tres modos: entre cada par de carbonos o entre C y O. Si los H se añaden entonces, conseguiremos tres isómeros: (1), (2) y (3). En (ii) puede situarse el doble enlace solamente entre carbonos adyacentes para dar (4). En (iii)puede situarse un doble enlace entre un par de carbonos o entre C y O para dar, respec­tivamente, (5) y (6).

Además, son posibles tres compuestos cíclicos: