QuímicaMedioCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2020 · Septiembre

Enunciado

Considere las especies químicas:

\text{NCl}_3

\text{NH}_4^+

\text{CS}_2

\text{SCl}_2

y responda a las cuestiones siguientes:

a) Represente la estructura de Lewis de cada una de las especies químicas. (0,8 puntos)

b) Deduzca, razonadamente, la geometría de cada una de estas especies químicas. (0,8 puntos)

c) Discuta, justificadamente, la polaridad de las dos moléculas

\text{CS}_2

\text{SCl}_2

. (0,4 puntos)

Datos: Números atómicos: H (1); C (6); N (7); S (16); Cl (17).

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Resultado

a) Pares solitarios en el átomo central:

\text{NCl}_3

, uno;

\text{NH}_4^+

, ninguno;

\text{CS}_2

(S=C=S), ninguno;

\text{SCl}_2

, dos.

b)

\text{NCl}_3

pirámide trigonal (

\text{AX}_3\text{E}

);

\text{NH}_4^+

tetraédrica (

\text{AX}_4

);

\text{CS}_2

lineal (

\text{AX}_2

);

\text{SCl}_2

angular (

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

).

c)

\text{CS}_2

apolar (lineal, los momentos se anulan);

\text{SCl}_2

polar (angular, los momentos no se anulan).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo sale de contar los electrones de valencia. Con ellos se reparte el esqueleto: el átomo central (N, N, C y S) se une a los demás y los electrones que sobran van como pares solitarios, de modo que cada átomo complete su octeto (el H, su dúo).

Para la geometría se aplica la TRPECV: se cuentan los grupos de electrones alrededor del átomo central (un enlace múltiple cuenta como uno) y se distinguen los de enlace de los solitarios, que ocupan sitio pero no se «ven» en la forma de la molécula.

La polaridad depende de dos cosas: que los enlaces sean polares y que la geometría no haga que sus momentos dipolares se anulen.

Desarrollo

a) Electrones de valencia

H: 1; C: 4 (

2s^2\,2p^2

); N: 5 (

2s^2\,2p^3

); S: 6 (

3s^2\,3p^4

); Cl: 7 (

3s^2\,3p^5

).

Estructuras de Lewis.

NCl₃ ( $5 + 3\cdot 7 = 26$ electrones, 13 pares): el N se une a los tres Cl con enlaces simples y le queda un par solitario; cada Cl conserva tres pares solitarios.
NH₄⁺ ( $5 + 4\cdot 1 - 1 = 8$ electrones, 4 pares): el N forma cuatro enlaces simples N–H (uno de ellos puede verse como dativo, el del $\text{H}^+$ que se une al par solitario del $\text{NH}_3$ ). El N no tiene pares solitarios; la carga positiva es de todo el ion: $[\text{NH}_4]^+$ .
CS₂ ( $4 + 2\cdot 6 = 16$ electrones, 8 pares): $\ddot{\text{S}}=\text{C}=\ddot{\text{S}}$ . El C forma dos enlaces dobles, uno con cada S, y no tiene pares solitarios; cada S conserva dos pares solitarios.
SCl₂ ( $6 + 2\cdot 7 = 20$ electrones, 10 pares): el S forma dos enlaces simples S–Cl y le quedan dos pares solitarios; cada Cl conserva tres.

b) Geometría (TRPECV)

Especie	Grupos de enlace	Pares solitarios	Tipo	Disposición de los pares	Geometría
$\text{NCl}_3$	3	1	$\text{AX}_3\text{E}$	tetraédrica	pirámide trigonal (ángulos algo menores de $109{,}5^\circ$ )
$\text{NH}_4^+$	4	0	$\text{AX}_4$	tetraédrica	tetraédrica ( $109{,}5^\circ$ )
$\text{CS}_2$	2	0	$\text{AX}_2$	lineal	lineal ( $180^\circ$ )
$\text{SCl}_2$	2	2	$\text{AX}_2\text{E}_2$	tetraédrica	angular (algo menos de $109{,}5^\circ$ )

Por qué. Los grupos de electrones se colocan lo más lejos posible unos de otros. En

\text{CS}_2

los dobles enlaces cuentan como dos grupos y se colocan en línea. En

\text{NCl}_3

\text{SCl}_2

hay cuatro grupos (tetraedro), pero uno o dos son pares solitarios: la molécula queda piramidal o angular, y los ángulos se cierran algo porque los pares solitarios repelen más.

c) Polaridad de CS₂ y SCl₂

CS₂. Los enlaces C=S son muy poco polares (C y S tienen electronegatividades parecidas) y, sobre todo, la molécula es lineal y simétrica: los dos momentos dipolares son iguales y opuestos y se anulan. Molécula apolar.

SCl₂. Los enlaces S–Cl son polares (el Cl es más electronegativo que el S). Al ser la molécula angular, los dos momentos dipolares forman un ángulo y su suma no es cero. Molécula polar.

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

Consejo

El error más caro de esta cuestión es olvidar los pares solitarios del átomo central: con ellos el $\text{NCl}_3$ parece plano y el $\text{SCl}_2$ lineal. Dibuja siempre la estructura de Lewis completa, con todos los pares, antes de deducir la geometría.

En el $\text{NH}_4^+$ no olvides restar el electrón de la carga positiva ni poner la estructura entre corchetes con la carga. Y en la polaridad no basta con decir que los enlaces son polares: hay que razonar con la geometría.