QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Enlace químico y geometría molecular

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades

Comunidad de Madrid · 2021 · Junio

Enunciado

Responda las siguientes cuestiones:

a) (0,75 puntos) Justifique si la molécula

\text{NH}_3

es polar utilizando la teoría de hibridación y su geometría.

b) (0,75 puntos) Explique si los siguientes compuestos presentan enlace de hidrógeno:

\text{H}_2\text{O}

\text{CH}_4

\text{HCl}

.

c) (0,5 puntos) Justifique por qué el bromuro de sodio tiene un punto de fusión menor que el cloruro de sodio.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) N con hibridación $sp^3$ , geometría de pirámide trigonal: los dipolos $\text{N}\!-\!\text{H}$ no se anulan, es polar.
b) Solo el $\text{H}_2\text{O}$ tiene enlace de hidrógeno.
c) $\text{Br}^-$ mayor que $\text{Cl}^-$ ⇒ menor energía reticular en el $\text{NaBr}$ ⇒ menor punto de fusión.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Tres ideas distintas del bloque de enlace:

a) Polaridad de una molécula = enlaces polares y geometría que no los anule. La geometría sale de la hibridación del átomo central y de sus pares libres.
b) El enlace de hidrógeno exige un H unido directamente a un átomo muy electronegativo y pequeño con pares libres: F, O o N.
c) En un compuesto iónico el punto de fusión lo marca la energía reticular, que crece con la carga de los iones y disminuye con su tamaño.

Desarrollo

a) Polaridad del amoniaco.

El nitrógeno (

Z = 7

) tiene la configuración

1s^2\,2s^2\,2p^3

: cinco electrones de valencia. En el

\text{NH}_3

forma tres enlaces con los hidrógenos y le queda un par de electrones no enlazante.

Para explicarlo, el N combina su orbital

2s

y sus tres

2p

en cuatro orbitales híbridos $sp^3$ , dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. Tres de ellos (con un electrón cada uno) se solapan con los

1s

de los hidrógenos y forman los enlaces

\text{N}\!-\!\text{H}

; el cuarto aloja el par libre.

Como uno de los vértices lo ocupa el par libre, los átomos dibujan una pirámide trigonal, con el N en el vértice superior. El par libre repele más que los pares de enlace y cierra el ángulo

\text{H}\!-\!\text{N}\!-\!\text{H}

hasta unos

107^\circ

(menor que los

109{,}5^\circ

del tetraedro).

Cada enlace $\text{N}\!-\!\text{H}$ es polar: el N es más electronegativo que el H, así que cada enlace tiene un momento dipolar dirigido hacia el N.
Por la geometría piramidal, los tres momentos no se anulan: su suma apunta hacia el vértice del nitrógeno, y el par libre refuerza esa asimetría.

El momento dipolar total no es nulo: el $\text{NH}_3$ es una molécula polar.

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

b) Enlace de hidrógeno en $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{CH}_4$ y $\text{HCl}$ .

$\text{H}_2\text{O}$ : sí. Los hidrógenos están unidos al oxígeno, muy electronegativo y pequeño, con dos pares libres. El H queda con una fuerte carga parcial positiva y es atraído por un par libre del O de otra molécula. Por eso el agua tiene un punto de ebullición tan alto para su masa.
$\text{CH}_4$ : no. El carbono es poco electronegativo (la diferencia con el H es muy pequeña) y no tiene pares libres. Entre sus moléculas, apolares, solo hay fuerzas de dispersión de London.
$\text{HCl}$ : no. El cloro es electronegativo, pero su tamaño es grande: su densidad de carga no basta para formar enlaces de hidrógeno apreciables. Entre moléculas de $\text{HCl}$ hay fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión.

Solo el $\text{H}_2\text{O}$ presenta enlace de hidrógeno.

c) Punto de fusión de $\text{NaBr}$ frente a $\text{NaCl}$ .

Los dos son compuestos iónicos que forman redes cristalinas. Para fundirlos hay que vencer las atracciones electrostáticas entre los iones de la red, medidas por la energía reticular. Según la ley de Coulomb, esta es mayor cuanto mayores son las cargas de los iones y menor la distancia entre ellos:

U \propto \frac{|q_+ \cdot q_-|}{r_+ + r_-}

Las cargas son iguales: $\text{Na}^+$ con $\text{Cl}^-$ y $\text{Na}^+$ con $\text{Br}^-$ .
El catión es el mismo, pero el $\text{Br}^-$ es mayor que el $\text{Cl}^-$ (tiene una capa electrónica más, $n = 4$ frente a $n = 3$ ).

Al ser mayor la distancia interiónica en el

\text{NaBr}

, su energía reticular es menor, y hace falta menos energía para romper la red: su punto de fusión es más bajo (unos

747\ ^\circ\text{C}

frente a

801\ ^\circ\text{C}

del

\text{NaCl}

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

Consejo

En a) el enunciado pide expresamente la hibridación y la geometría: nombra el $sp^3$ , el par libre y la pirámide trigonal. Decir «es polar porque el N es más electronegativo» no basta: el $\text{CO}_2$ también tiene enlaces polares y es apolar.

En b) el $\text{HCl}$ es la trampa clásica: el cloro es electronegativo, pero el enlace de hidrógeno solo se da con F, O y N. Y en c) compara siempre las dos variables, carga y tamaño, aunque una de ellas coincida.