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La estructura de Lewis de amoníaco es un nitrógeno central unido a tres hidrógenos con un par solitario en el nitrógeno (H3N:); la molécula es trigonal piramidal, el nitrógeno está sp3-hibridado, el ángulo H–N–H es aproximadamente 107°, y debido a que la forma piramidal evita la cancelación del dipolo, NH3 es polar.
Figura 1: Estructura de Lewis de amoníaco (NH3)
| Fórmula química | NH3 |
| Número CAS | 7664-41-7 |
| Total de electrones de valencia | 8 |
| Estructura de Lewis | N central con 3 enlaces N–H + 1 par solitario |
| Geometría electrónica | tetraédrica |
| Geometría molecular | Piramidal trigonal |
| Modelo de hibridación | sp3 (nitrógeno) |
| Ángulo de enlace H – N – H | ≈ 107° |
| Polaridad | Molécula polar |
El amoníaco es uno de los productos químicos más producidos en el mundo, casi en su totalidad mediante el proceso Haber-Bosch a partir de nitrógeno e hidrógeno. La mayoría se utiliza en fertilizantes (urea, nitrato de amonio, fosfato de amonio), que sustentan la agricultura y la producción de alimentos modernas.
Más allá del fertilizante, NH3 se oxida a ácido nítrico (proceso de Ostwald), un precursor de los explosivos, los nitratos y el ácido adípico; se utiliza como refrigerante (especialmente en refrigeración industrial y a gran escala), como agente de limpieza (hidróxido de amonio) y como materia prima para intermedios de nailon (caprolactama, ácido adípico). Su carácter alcalino y nucleofílico lo convierte en un reactivo versátil en la industria química.
Cuente los electrones de valencia para NH3: el nitrógeno está en el grupo 15 y aporta 5 electrones de valencia. Cada uno de los tres hidrógenos aporta 1 electrón de valencia.
Electrones de valencia totales = 5 de N + 3 × 1 de H = 8 electrones.
Coloque nitrógeno en el centro y agregue los tres hidrógenos: H – N – H (con un tercer H). Tres enlaces simples N–H consumen 6 de los 8 electrones, dejando a 2 electrones como un par solitario en el nitrógeno.
El nitrógeno ahora comparte tres pares de enlace (6 electrones) más un par solitario (2 electrones) = 8 electrones (octeto); cada hidrógeno tiene su dúo. La estructura H3N: tiene carga formal cero en cada átomo.
La estructura de Lewis proporciona cuatro dominios de electrones alrededor del nitrógeno: tres dominios de enlace y un par solitario. Cuatro dominios adoptan una geometría de dominio de electrones aproximadamente tetraédrica para minimizar la repulsión.
Debido a que un dominio es un par solitario (no un vértice de la molécula), la geometría molecular es piramidal trigonal, no tetraédrica. El par solitario repele los enlaces N–H con más fuerza, comprimiendo el ángulo H–N–H desde 109,5° hasta aproximadamente 107°.
El orden VSEPR es repulsión par solitario-par enlazante > repulsión par enlazante-par enlazante. El par solitario de nitrógeno ocupa más espacio y empuja los tres enlaces N-H hacia abajo, creando la pirámide y estrechando el ángulo del enlace ligeramente por debajo del ideal tetraédrica.
En el modelo de enlace localizado, el nitrógeno en NH3 se describe como sp3-hibridado: cuatro dominios electrónicos corresponden a cuatro híbridos tetraédricos. Tres forman enlaces σ con hidrógeno y uno mantiene el par solitario.
El par solitario ocupa un poco más de espacio que un híbrido enlazante, razón por la cual la geometría es piramidal y el ángulo de enlace está ligeramente comprimido en relación con un tetraedro perfecto.
Carga formal = valencia − no enlazante − ½ × enlazante. Nitrógeno en NH3: 5 − 2 − ½×6 = 0. Cada hidrógeno: 1 − 0 − ½×2 = 0. Cada átomo tiene carga formal cero, lo que confirma que la estructura H3N: es dominante.
El amoníaco es polar. Cada enlace N–H es polar porque el nitrógeno es más electronegativo que el hidrógeno y la molécula es piramidal trigonal en lugar de plana.
Los tres dipolos del enlace N – H no se cancelan; su suma vectorial apunta aproximadamente a lo largo del eje de simetría C3 hacia el par solitario de nitrógeno, dando a NH3 un momento dipolar sustancial (aproximadamente 1,47 D). Esta polaridad subyace a la solubilidad del amoníaco en agua y a su comportamiento como base.
"La polaridad y la basicidad del amoníaco se remontan a la misma característica: el par solitario de nitrógeno. Define la geometría piramidal (para que los dipolos de enlace no se cancelen) y es el sitio que acepta un protón para formar amonio".
Interpretación consistente con VSEPR y el comportamiento base de Brønsted-Lowry de amoníaco.Esta polaridad impulsada por pares solitarios también explica por qué NH3 es altamente soluble en agua, forma enlaces de hidrógeno y acepta fácilmente un protón para dar NH4+: la química detrás de su uso como nutriente fertilizante y como base en la química de procesos.
| Especies | Fórmula | Átomo central | Dominios de electrones | Geometría molecular | Polaridad |
|---|---|---|---|---|---|
| Amoníaco | NH3 | N | 4 | Piramidal trigonal | Polar |
| Agua | H2O | O | 4 | Angular | Polar |
| Metano | CH4 | C | 4 | tetraédrica | Apolar |
| fosfina | PH3 | P | 4 | Piramidal trigonal | Débilmente polar |
| ion amonio | NH4+ | N | 4 | tetraédrica | Especies iónicas |
Un N central con tres enlaces N–H y un par solitario (H3N:). Todos los 8 electrones de valencia se contabilizan con carga formal cero.
El amoníaco es polar. Su forma piramidal evita que los tres dipolos polares del enlace N-H se cancelen.
El ángulo H–N–H es aproximadamente 107°. Cuatro dominios de electrones dan una disposición tetraédrica comprimida ligeramente por el par solitario.
El nitrógeno está sp3-hibridado. Cuatro dominios (3 enlaces + 1 par solitario) corresponden a cuatro híbridos tetraédricos.
El número CAS es 7664-41-7. PubChem (CID 222) y NIST lo identifica con NH3.
Alcance técnico: Las estructuras de Lewis, VSEPR y la hibridación son descripciones basadas en modelos para la comunicación química; La estructura electrónica real se describe mejor mediante métodos orbitales moleculares. El amoníaco comercial se suministra como líquido anhidro o solución acuosa en múltiples grados; CAS 7664-41-7 identifica la sustancia, no una concentración o pureza específicas.
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