QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2018 · Julio · Opción B

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades
Comunitat Valenciana · 2018 · Julio · Opción B
Enunciado
Considere las especies químicas H2S\text{H}_2\text{S}, MgCl2\text{MgCl}_2, C2H2\text{C}_2\text{H}_2 y CCl4\text{CCl}_4. Responda razonadamente las siguientes cuestiones:

a) Discuta el tipo de enlace que se presenta en cada una de las cuatro especies químicas. (0,5 puntos)

b) Deduzca la estructura de Lewis de las moléculas cuyos átomos están unidos mediante enlace covalente. (0,5 puntos)

c) Justifique la geometría de las moléculas del apartado b). (0,5 puntos)

d) Explique cuál de los compuestos, MgCl2\text{MgCl}_2 o CCl4\text{CCl}_4, será más soluble en agua. (0,5 puntos)

Datos. Números atómicos: H = 1; C = 6; Mg = 12; S = 16; Cl = 17.
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Resultado
a) MgCl2\text{MgCl}_2: iónico. H2S\text{H}_2\text{S}, C2H2\text{C}_2\text{H}_2 y CCl4\text{CCl}_4: covalente (triple C≡C en el C2H2\text{C}_2\text{H}_2).

b) H–S–H\text{H–S–H} con dos pares solitarios en el S; H–C≡C–H\text{H–C}{\mkern2mu\equiv\mkern2mu}\text{C–H}; C con cuatro enlaces C–Cl (tres pares solitarios por Cl).

c) H2S\text{H}_2\text{S} angular; C2H2\text{C}_2\text{H}_2 lineal; CCl4\text{CCl}_4 tetraédrica.

d) Más soluble el MgCl2\text{MgCl}_2 (iónico) que el CCl4\text{CCl}_4 (apolar).
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Estrategia

El tipo de enlace depende de quién se une con quién: un metal con un no metal de electronegatividad muy distinta forma un enlace iónico (el metal cede electrones); dos no metales comparten electrones y forman un enlace covalente.

Para las moléculas covalentes se cuentan los electrones de valencia y se reparten de modo que cada átomo (salvo el H) complete su octeto. Con la TRPECV, el número de pares de electrones alrededor de cada átomo central (de enlace y solitarios) da la geometría.

La solubilidad en agua se razona con «lo semejante disuelve a lo semejante»: el agua es muy polar y disuelve bien los compuestos iónicos y polares.
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Desarrollo

Electrones de valenciaH:1s1C:[He] 2s2 2p2Mg:[Ne] 3s2S:[Ne] 3s2 3p4Cl:[Ne] 3s2 3p5\text{H}: 1s^1 \quad \text{C}: [\text{He}]\,2s^2\,2p^2 \quad \text{Mg}: [\text{Ne}]\,3s^2 \quad \text{S}: [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4 \quad \text{Cl}: [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5a) Tipo de enlace
  • MgCl2\text{MgCl}_2: iónico. El Mg es un metal (grupo 2) que pierde con facilidad sus dos electrones 3s3s y queda como Mg2+\text{Mg}^{2+}; cada Cl, muy electronegativo, gana uno y queda como Cl−\text{Cl}^-. Los iones se unen por atracción electrostática en una red cristalina.
  • H2S\text{H}_2\text{S}, C2H2\text{C}_2\text{H}_2 y CCl4\text{CCl}_4: covalente. Todos sus átomos son no metales, con electronegatividades parecidas: ninguno arranca electrones al otro y los comparten. Los enlaces S–H, C–H y C–Cl son covalentes simples (algo polares los S–H y C–Cl) y entre los dos carbonos del C2H2\text{C}_2\text{H}_2 hay un enlace triple.
b) Estructuras de Lewis
  • H2S\text{H}_2\text{S} (6+2⋅1=86 + 2\cdot 1 = 8 electrones de valencia): el S forma un enlace simple con cada H y le quedan dos pares solitarios:
H–S–H(con dos pares solitarios sobre el S)\text{H–S–H} \qquad (\text{con dos pares solitarios sobre el S})
  • C2H2\text{C}_2\text{H}_2 (2⋅4+2⋅1=102\cdot 4 + 2\cdot 1 = 10 electrones): cada carbono se une a un H y, para completar su octeto, comparte tres pares con el otro carbono; no quedan pares solitarios:
H–C≡C–H\text{H–C}{\mkern2mu\equiv\mkern2mu}\text{C–H}
  • CCl4\text{CCl}_4 (4+4⋅7=324 + 4\cdot 7 = 32 electrones): el C forma cuatro enlaces simples C–Cl y no tiene pares solitarios; cada Cl conserva tres pares solitarios.
Estructuras de Lewis: H2S con dos enlaces simples y dos pares solitarios en el azufre; C2H2 con un triple enlace entre los carbonos; CCl4 con cuatro enlaces simples y tres pares solitarios en cada cloro
Estructuras de Lewis: H2S con dos enlaces simples y dos pares solitarios en el azufre; C2H2 con un triple enlace entre los carbonos; CCl4 con cuatro enlaces simples y tres pares solitarios en cada cloro
c) Geometría (TRPECV)
  • H2S\text{H}_2\text{S}, tipo AX2E2\text{AX}_2\text{E}_2: el S tiene cuatro pares (dos de enlace y dos solitarios), que se orientan hacia los vértices de un tetraedro. Solo se «ven» los dos H: la molécula es angular, con un ángulo menor de 109,5∘109{,}5^\circ porque los pares solitarios repelen más (el experimental es de unos 92∘92^\circ).
  • C2H2\text{C}_2\text{H}_2, tipo AX2\text{AX}_2 en cada carbono: cada C tiene dos zonas de densidad electrónica (el enlace con el H y el enlace triple, que cuenta como una sola), que se colocan a 180∘180^\circ. La molécula es lineal.
  • CCl4\text{CCl}_4, tipo AX4\text{AX}_4: cuatro pares de enlace alrededor del C, sin pares solitarios: molécula tetraédrica, con ángulos de 109,5∘109{,}5^\circ.
d) Solubilidad en agua

MgCl2\text{MgCl}_2. Es un compuesto iónico. Las moléculas de agua, polares, rodean a los iones Mg2+\text{Mg}^{2+} y Cl−\text{Cl}^- (el oxígeno, con carga parcial negativa, hacia el catión; los hidrógenos, hacia el anión): esa solvatación compensa la energía de red y el sólido se disuelve.

CCl4\text{CCl}_4. Sus enlaces C–Cl son polares, pero los cuatro momentos dipolares, dirigidos a los vértices de un tetraedro regular, se anulan: la molécula es apolar. Entre ella y el agua solo hay fuerzas débiles de dispersión, que no compensan romper los enlaces de hidrógeno del agua.

Conclusión. El MgCl2\text{MgCl}_2 es mucho más soluble en agua que el CCl4\text{CCl}_4.
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Consejo

En c) di siempre el tipo AXmEn\text{AX}_m\text{E}_n antes de la geometría: distingue la disposición de los pares (tetraédrica en el H2S\text{H}_2\text{S}) de la forma de la molécula (angular). Y en el C2H2\text{C}_2\text{H}_2 recuerda que un enlace múltiple cuenta como una sola zona de densidad electrónica.

En d) no basta con «el CCl4\text{CCl}_4 tiene enlaces polares»: hay que razonar con la geometría que la molécula es apolar porque los momentos dipolares se anulan.
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