QuímicaMedio2 pts

Enlace químico y geometría molecular

Extremadura · 2021 · Junio
Enunciado
Dadas las moléculas HF\text{HF}, NaCl\text{NaCl}, CCl4\text{CCl}_4 y CHF3\text{CHF}_3.

a) (0,80 puntos) Razonar el tipo de enlace de cada molécula.

b) (0,60 puntos) Justificar la geometría de las moléculas que presenten enlace covalente.

c) (0,60 puntos) Indicar la polaridad de las moléculas covalentes. ¿Alguna presenta enlaces por puentes de hidrógeno?

Datos: Masas atómicas (u): H = 1; C = 6; F = 9; Na = 11; Cl = 17.
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Resultado
  • a) NaCl\text{NaCl}, iónico; HF\text{HF}, CCl4\text{CCl}_4 y CHF3\text{CHF}_3, covalentes.
  • b) HF\text{HF} lineal; CCl4\text{CCl}_4 tetraédrica regular (109,5∘109{,}5^\circ); CHF3\text{CHF}_3 tetraédrica distorsionada.
  • c) Polares: HF\text{HF} y CHF3\text{CHF}_3; apolar: CCl4\text{CCl}_4. Solo el HF\text{HF} forma enlaces de hidrógeno.
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Estrategia

Los «datos» del enunciado no son masas atómicas sino números atómicos (ZZ): con ellos se escriben las configuraciones electrónicas y se sitúa cada elemento en la tabla. A partir de ahí:
  • Tipo de enlace: metal + no metal con gran diferencia de electronegatividad → iónico; no metales entre sí → covalente.
  • Geometría: estructura de Lewis del átomo central y TRPECV (número de pares alrededor del central).
  • Polaridad: enlaces polares + geometría; una molécula es apolar si los momentos de enlace se anulan por simetría. El enlace de hidrógeno exige un H unido directamente a F, O o N.
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Desarrollo

Interpretando los datos como números atómicos:
  • H\text{H} (Z=1Z = 1): 1s11s^1, un electrón de valencia.
  • C\text{C} (Z=6Z = 6): 1s2 2s2 2p21s^2\,2s^2\,2p^2, cuatro electrones de valencia (grupo 14).
  • F\text{F} (Z=9Z = 9): 1s2 2s2 2p51s^2\,2s^2\,2p^5, siete electrones de valencia (grupo 17): le falta uno para el octeto.
  • Na\text{Na} (Z=11Z = 11): [Ne] 3s1[\text{Ne}]\,3s^1, metal alcalino: pierde su electrón con facilidad.
  • Cl\text{Cl} (Z=17Z = 17): [Ne] 3s2 3p5[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5, halógeno (grupo 17).
a) Tipo de enlace
  • NaCl\text{NaCl}: un metal muy poco electronegativo (χ=0,9\chi = 0{,}9) y un no metal muy electronegativo (χ=3,2\chi = 3{,}2), Δχ≈2,3\Delta\chi \approx 2{,}3. El Na cede su electrón 3s3s y el Cl lo capta, y ambos quedan con configuración de gas noble (Na+\text{Na}^+ como el Ne y Cl−\text{Cl}^- como el Ar). Enlace iónico: en rigor no forma moléculas, sino una red cristalina de iones Na+\text{Na}^+ y Cl−\text{Cl}^-.
  • HF\text{HF}: dos no metales que comparten un par de electrones. Enlace covalente, muy polar (Δχ=4,0−2,2=1,8\Delta\chi = 4{,}0 - 2{,}2 = 1{,}8).
  • CCl4\text{CCl}_4: el C comparte sus cuatro electrones de valencia con cuatro Cl. Cuatro enlaces covalentes sencillos, poco polares (Δχ≈0,6\Delta\chi \approx 0{,}6).
  • CHF3\text{CHF}_3: el C forma cuatro enlaces covalentes sencillos, uno con el H (casi apolar, Δχ≈0,4\Delta\chi \approx 0{,}4) y tres con F (muy polares, Δχ≈1,4\Delta\chi \approx 1{,}4).
b) Geometría de las moléculas covalentes
  • HF\text{HF}: molécula diatómica, necesariamente lineal.
  • CCl4\text{CCl}_4: el C tiene cuatro pares enlazantes y ningún par solitario (tipo AX4\text{AX}_4). Según la TRPECV, cuatro pares se alejan al máximo en las direcciones de un tetraedro: geometría tetraédrica regular, ángulos de 109,5∘109{,}5^\circ (hibridación sp3sp^3 del C).
  • CHF3\text{CHF}_3: también cuatro pares enlazantes y ninguno solitario sobre el C (AX4\text{AX}_4, hibridación sp3sp^3): geometría tetraédrica, pero no regular, porque los cuatro sustituyentes no son iguales (los ángulos se separan algo de 109,5∘109{,}5^\circ).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) Polaridad y enlaces de hidrógeno
  • HF\text{HF}: un único enlace muy polar, cuyo momento dipolar es el de la molécula: polar (δ+\delta^+ en el H y δ−\delta^- en el F).
  • CCl4\text{CCl}_4: los cuatro enlaces C–Cl\text{C–Cl} son polares, pero son iguales y están dispuestos simétricamente en el tetraedro, así que sus momentos se anulan: μ⃗=0\vec{\mu} = 0, apolar.
  • CHF3\text{CHF}_3: los tres momentos C–F\text{C–F} (grandes) no los compensa el C–H\text{C–H} (pequeño y de sentido distinto); la resultante apunta hacia los átomos de flúor: polar.
Enlaces de hidrógeno: se forman cuando un H está unido a un átomo pequeño y muy electronegativo (F, O o N) y se atrae con un par solitario de otra molécula.
  • El HF\text{HF} sí forma enlaces de hidrógeno: el H está unido al F, y el F tiene tres pares solitarios (F–H⋯F–H\text{F–H}\cdots\text{F–H}).
  • El CHF3\text{CHF}_3 no: aunque tiene H y F, el H está unido al C, que es poco electronegativo, y no queda con carga parcial positiva suficiente.
  • El CCl4\text{CCl}_4 no tiene hidrógeno.
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Consejo

Los «datos» del enunciado (H = 1, C = 6, F = 9, Na = 11, Cl = 17) son números atómicos, no masas: si te ocurre algo así en el examen, dilo en una línea y úsalos para las configuraciones.

El CHF3\text{CHF}_3 es la trampa del apartado c: tiene H y F, pero no forma enlaces de hidrógeno, porque el H tiene que estar unido directamente al F, al O o al N. Y no confundas enlaces polares con molécula polar: el CCl4\text{CCl}_4 tiene los primeros y es apolar por simetría.
Paso 1 de 3
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