Aprende las principales aportaciones de Gilbert Newton Lewis quien fue un científico estadounidense, graduado de la Universidad de Harvard, cuyas investigaciones brindaron importantes aportes a la química y la fisicoquímica. Pudiendo resaltar, entre otros, el planteamiento de la teoría de enlaces covalentes, la definición de ácido y base que hizo en 1923, la proposición del diagrama de puntos, el uso del término fotón.
Los trabajos en ciencia de este ganador de un premio Nobel fueron de gran valor para el mundo. Lo que lo convirtió en uno de los investigadores más importantes en el área de la química; no solo por ser un ejemplo a seguir y una motivación para sus estudiantes, sino porque además abrió las puertas a un enorme número de estudios.
Entre las propuestas más destacadas de este prominente científico, destacan las siguientes:
Enlaces Covalentes
Cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones, se forma un enlace covalente. Sin embargo, para que el carácter de covalencia sea alto, la diferencia de electronegatividad entre ambos debe ser cero o, en su defecto, muy pequeña.
El hidrógeno solo posee dos electrones rodeando al núcleo, por lo que la teoría de Lewis plantea que el enlace entre dos átomos resulta en la compartición de un par de electrones por ambos átomos. Además, dice que esto es válido para el resto de los átomos.
El enlace covalente puede ser sencillo, si los átomos sólo comparten un par, doble si comparten dos pares de electrones, y triple si son tres pares los compartidos. También entre átomos diferentes se pueden formar estos enlaces, respetando siempre la regla del octeto.
Regla del Octeto
Se le denomina “la regla del octeto” debido a que los iones de los elementos del sistema periódico tienden a completar sus últimos niveles de energía con ocho electrones. Este postulado establece que los átomos se enlazan entre sí, al formar un compuesto, intentado completar su última capa de la electrósfera, o lo que es lo mismo, la capa de valencia.
Cada átomo debe compartir sus electrones a través de enlaces químicos, con el fin de ganar o perder carga hasta alcanzar la estabilidad. Esto lo logran cuando adquieren ocho electrones en la capa de valencia.
Equilibrio ácido-base
La teoría de Lewis sobre los ácidos y las bases fueron establecidas en 1923, pero no fueron difundidas sino hasta 1938. Según Lewis, un ácido es una molécula, radical o ion con agrupación electrónica incompleta, es decir, no se encuentran ocho electrones alrededor de uno de sus átomos. Por lo cual, dicho átomo tiene la capacidad de aceptar uno o varios pares electrónicos.
Por otro lado, una sustancia base puede ceder pares electrónicos a otra, con el objetivo de completar la agrupación eléctrica del receptor. Si un equilibrio cumple con dichas condiciones, se considera un equilibrio ácido-base. La teoría de Lewis se basaba en la suposición de que la esencia de las interacciones químicas radica en la formación de octetos electrónicos alrededor de los átomos.
Diagrama de Puntos
También conocida como la estructura de Lewis, es una representación gráfica que muestra los enlaces que se forman entre los átomos de una molécula y los pares de electrones que existen solos. Así, los enlaces se representan con guiones largos, mientras que los electrones no compartidos se simbolizan con puntos.
Cuando se requiere conocer el número de átomos de una molécula y los pares de electrones que interactúan en ella, formando enlaces simples, dobles o triples, se usa el diagrama de puntos. Esto también permite conocer la geometría molecular y la distancia entre los enlaces formados.
Estos diagramas permiten dibujar el esqueleto de los compuestos, sin embargo, no siempre son correctos, esto depende de las cargas formales y de la naturaleza química de los átomos que lo conforman.
Modelo del Átomo Cúbico
En la historia de la química, fueron muchos científicos los que intentaron proponer un modelo atómico y Lewis no se quedó atrás. La teoría del átomo cúbico fue formulada por él en 1902, fue uno de los primeros modelos atómicos descritos y Lewis lo desarrolló con el fin de explicar el fenómeno de los electrones de valencia.
En este modelo, los electrones de valencia se ubican en los vértices de un hipotético cubo, el cual representa al átomo. Sin embargo, existen fenómenos que se ajustan al modelo atómico cúbico, por lo que el mismo Lewis sugirió que los electrones compartidos en los enlaces tienen una atracción distinta, resultando en una estructura en forma de tetraedro, que permite la formación de enlaces simples, dobles y triples.
Teoría de Las Colisiones
Se usa para explicar las reacciones químicas, ya que para que estas se lleven a cabo, es necesario que los átomos, las moléculas o los iones de los reactivos entren en contacto, es decir, se requiere que choquen.
La energía molecular debe ser tan grande como para romper la barrera de energía, si esto no sucede, la colisión no es efectiva y no se produce la reacción entre las moléculas implicadas. Dicha barrera recibe el nombre de “energía de activación”, y si la molécula alcanza este nivel, llega a un pico de energía capaz de formar reacciones exotérmicas o endotérmicas. Las primeras se refieren a reacciones cuyo producto es más estable que los reactivos separados, mientras que las segundas son aquellas con productos más inestables.
Los llamó Fotones
Lewis desarrolló una nueva teoría para la radiación luminosa basada en la simetría de los fenómenos de emisión y absorción de luz por átomos. Cuando un átomo emite un cuanto de luz y reduce su energía en una cantidad, una partícula es emitida con un impulso y una masa dada, que viaja por el espacio en línea recta hasta alcanzar otro átomo que lo absorbe e incrementa su energía en dicha cantidad. Lewis llamó fotones a sus “átomos de luz” en un artículo publicado en Nature en 1926 (Gilbert N. Lewis, “The Conservation of Photons,” Nature 118: 874-875, 18 Dec 1926).
La teoría de Lewis era incorrecta (él mismo la abandonó en 1927) y fue olvidada. Sin embargo, en la Quinta Conferencia Solvay de octubre 1927, varios ponentes utilizaron el término fotón en sus charlas para referirse al cuanto de luz de Einstein. Por tal motivo, se dice que fue Gilbert Newton Lewis quien acuñó el término fotón.
Energía Libre
El libro de texto de 1923 “Termodinámica y la Energía Libre de Sustancias Químicas” de Gilbert N. Lewis y Merle Randall, fue responsable de suplantar la afinidad química con el término energía libre en el mundo de habla inglesa.
La energía libre termodinámica es la cantidad de trabajo que un sistema termodinámico puede realizar. El concepto es útil en la termodinámica de procesos químicos o térmicos en la ingeniería y en la ciencia. Esta es la energía interna de un sistema, menos la cantidad de energía que no puede ser utilizada para realizar trabajo. Esta energía no utilizable está dada por la entropía de un sistema multiplicada por la temperatura absoluta del sistema.
Conclusiones
Las investigaciones, descubrimientos y estudios realizados por Gilbert Newton Lewis representaron un gran avance en la ciencia, especialmente en el área de química, fisicoquímica e ingeniería térmica. Aún en la actualidad siguen vigentes muchos de sus planteamientos, ya que fueron totalmente acertados. Esto le dio un puesto entre los científicos más importantes de la era moderna.
Junto con los aportes mencionados anteriormente, es fundamental realizar una lista con algunos de los libros escritos por este brillante científico, en los cuales plasmó todo lo que logró visualizar en sus años de estudios e investigación.
- Valencia y Estructura de Los Átomos y Las Moléculas, (Publicado en 1923)
- Anatomía de La Ciencia, (Publicado en 1926)
- Termodinámica y Energía Libre de Sustancia Químicas (Publicado el 01/01/1927)
- Termodinámica (Química Avanzada), (Publicado el 30/06/1961)
Referencias bibliográficas
- https://es.wikipedia.org/wiki/Gilbert_N._Lewis
- https://clickmica.fundaciondescubre.es/conoce/nombres-propios/gilbert-newton-lewis/
- https://okdiario.com/curiosidades/teoria-descubrimientos-gilbert-newton-lewis-3337180
- http://www.quimicafisica.com/enlace-covalente.html
- https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/regla-del-octeto
- https://es.wikipedia.org/wiki/Regla_del_octeto
- http://elfisicoloco.blogspot.com/2012/11/estructuras-de-lewis.html
- https://quimica.laguia2000.com/general/atomo-cubico
- http://aprendequimica.blogspot.com/2011/12/teoria-de-la-colision-de-lewis.html
- https://francis.naukas.com/2014/01/05/nota-dominical-la-historia-temprana-del-termino-foton/
- https://solar-energia.net/termodinamica/termodinamica-quimica