Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · País Vasco 2018 · Junio · Opción A

Configuraciones electrónicas de valencia

• Be ($Z = 4$): $1s^2\,2s^2$, 2 electrones de valencia.
• Al ($Z = 13$): $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^1$, 3 electrones de valencia.
• Si ($Z = 14$): $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^2$, 4 electrones de valencia.
• Cl ($Z = 17$): $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5$ y Br ($Z = 35$): $[\text{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2\,4p^5$, 7 electrones de valencia: les falta uno para el octeto y forman un enlace simple.

a) Dibromuro de berilio, BeBr₂

Estructura de Lewis. El Be comparte cada uno de sus dos electrones de valencia con un átomo de bromo: dos enlaces simples Be–Br. Al Be le quedan solo 2 pares a su alrededor, ambos de enlace (es una excepción a la regla del octeto, con 4 electrones); cada Br conserva tres pares solitarios.

Geometría. Dos pares de enlace (tipo $\text{AX}_2$) se repelen al máximo formando $180^\circ$: la molécula es lineal, Br–Be–Br.

b) Tricloruro de aluminio, AlCl₃

Estructura de Lewis. El Al comparte sus tres electrones de valencia con tres átomos de cloro: tres enlaces simples Al–Cl. Al Al le quedan 3 pares de enlace y ningún par solitario (6 electrones: octeto incompleto); cada Cl conserva tres pares solitarios.

Geometría. Tres pares de enlace (tipo $\text{AX}_3$) se colocan en un plano a $120^\circ$: la molécula es plana triangular.

(En estado sólido y en vapor a temperaturas no muy altas, el cloruro de aluminio forma dímeros $\text{Al}_2\text{Cl}_6$ en los que cada Al completa el octeto; el enunciado se refiere a la molécula aislada $\text{AlCl}_3$.)

c) Tetracloruro de silicio, SiCl₄

Estructura de Lewis. El Si comparte sus cuatro electrones de valencia con cuatro átomos de cloro: cuatro enlaces simples Si–Cl, con lo que completa el octeto sin pares solitarios; cada Cl conserva tres pares solitarios.

Geometría. Cuatro pares de enlace (tipo $\text{AX}_4$) se dirigen a los vértices de un tetraedro: la molécula es tetraédrica, con ángulos de $109{,}5^\circ$.

En las tres moléculas los enlaces son polares, pero por su simetría los momentos dipolares se anulan y las tres son apolares.

d) Fuerzas que hay que vencer

i) Fundir hielo. El agua es una molécula angular y polar en la que el hidrógeno está unido a un átomo pequeño y muy electronegativo, el oxígeno. Entre sus moléculas hay enlaces de hidrógeno (además de fuerzas de Van der Waals dipolo-dipolo y de dispersión). Al fundir el hielo se rompe parte de esa red de enlaces de hidrógeno.

ii) Hervir bromo. El $\text{Br}_2$ es una molécula apolar (dos átomos iguales). Entre sus moléculas solo hay fuerzas de Van der Waals de dispersión (de London, dipolo instantáneo-dipolo inducido), relativamente intensas porque la molécula es grande y muy polarizable: por eso el bromo es líquido a temperatura ambiente. Al hervir se vencen esas fuerzas; el enlace covalente Br–Br no se rompe.

iii) Fundir cloruro de sodio. El NaCl es un compuesto iónico: un cristal de iones $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$ unidos por atracciones electrostáticas (enlace iónico) en todas las direcciones. Fundirlo exige vencer esas fuerzas, mucho más intensas que las intermoleculares, y por eso su punto de fusión es muy alto (801 °C).