QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Enlace químico y geometría molecular

Andalucía · 2017 · Junio · Opción B

Enunciado

Opción B · Cuestión 3. a) Represente las estructuras de Lewis de las moléculas de

\text{H}_2\text{O}

y de

\text{NF}_3

.

b) Justifique la geometría de estas moléculas según la Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia.

c) Explique cuál de ellas presenta mayor punto de ebullición.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{b) } \text{H}_2\text{O}: \text{angular } (104{,}5^\circ); \qquad \text{NF}_3: \text{pirámide trigonal} \; (\approx 102^\circ)\;}

\boxed{\;\textbf{c) El agua, por sus enlaces de hidrógeno}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El procedimiento es el de siempre: electrones de valencia $\to$ Lewis $\to$ dominios electrónicos $\to$ geometría $\to$ fuerzas intermoleculares $\to$ propiedades.

\text{H}_2\text{O}: \; 6 + 2(1) = 8\ e^- \qquad\qquad \text{NF}_3: \; 5 + 3(7) = 26\ e^-

Presta atención a los pares solitarios: el oxígeno conserva dos y el nitrógeno, uno. Son ellos los que deforman la geometría.

Y para c), la clave es el enlace de hidrógeno, que exige un hidrógeno unido directamente a

\text{F}

\text{O}

\text{N}

. Solo una de las dos moléculas lo cumple.

Desarrollo

a) Estructuras de Lewis.

Agua. El oxígeno forma dos enlaces simples con los hidrógenos y le quedan dos pares solitarios:

\text{H}\!-\!\ddot{\text{O}}\!-\!\text{H} \qquad (\text{2 pares libres sobre el O})

Trifluoruro de nitrógeno. El nitrógeno forma tres enlaces simples y conserva un par solitario; cada flúor completa su octeto con tres pares:

\ddot{\text{F}}\!-\!\ddot{\text{N}}(\ddot{\text{F}})\!-\!\ddot{\text{F}} \qquad (\text{1 par libre sobre el N, 3 sobre cada F})

b) Geometrías según la TRPECV.

$\text{H}_2\text{O}$ :

2

dominios enlazantes

+ 2

solitarios

= 4

dominios (

\text{AX}_2\text{E}_2

). La disposición de los pares es tetraédrica, pero la geometría molecular —solo los átomos— es angular. Los dos pares solitarios repelen con más intensidad que los enlazantes, así que el ángulo se cierra hasta

104{,}5^\circ

.

$\text{NF}_3$ :

3

dominios enlazantes

+ 1

solitario

= 4

dominios (

\text{AX}_3\text{E}

). También tetraédrica en cuanto a los pares, pero pirámide trigonal como geometría molecular, con ángulos próximos a

102^\circ

.

En ambos casos, los pares solitarios son los que rompen la simetría y hacen que las dos moléculas sean polares.

c) Mayor punto de ebullición: el agua.

Las dos son sustancias moleculares, así que lo que decide es el tipo de fuerza intermolecular:

El $\text{H}_2\text{O}$ tiene hidrógeno unido directamente a oxígeno, muy electronegativo y con pares solitarios: forma enlaces de hidrógeno, las fuerzas intermoleculares más intensas. Cada molécula puede establecer hasta cuatro, formando una red tridimensional.
El $\text{NF}_3$ es polar, pero no puede formar enlaces de hidrógeno: no tiene hidrógenos. Solo presenta interacciones dipolo-dipolo (débiles, porque su momento dipolar es pequeño) y fuerzas de dispersión.

T_{eb}(\text{H}_2\text{O}) = 100\ ^\circ\text{C} \qquad\qquad T_{eb}(\text{NF}_3) = -129\ ^\circ\text{C}

La diferencia es espectacular pese a que el

\text{NF}_3

tiene una masa molecular casi cuatro veces mayor: prueba de que lo que manda es el tipo de interacción, no el tamaño.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

Distingue siempre disposición de los pares (tetraédrica en las dos moléculas) de geometría molecular (angular y piramidal). Es la distinción que introduce la TRPECV y la que se pregunta.

En c), la comparación de masas moleculares llevaría a la conclusión contraria: el $\text{NF}_3$ pesa $71$ frente a los $18$ del agua y aun así hierve $229$ grados por debajo. Señalar esa anomalía demuestra que entiendes el papel del enlace de hidrógeno.

Y no olvides los pares solitarios en los diagramas de Lewis: dos sobre el oxígeno, uno sobre el nitrógeno y tres sobre cada flúor. Sin ellos el diagrama está incompleto aunque los enlaces sean correctos.