QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Enlace químico y geometría molecular

Andalucía · 2022 · Reserva 4

Enunciado

Bloque B · B3. Conteste razonadamente:

a) ¿Presenta enlaces múltiples la molécula de

\text{N}_2

?

b) Según la TRPECV, ¿toda molécula triatómica es lineal?

c) ¿Por qué el punto de fusión del

\text{MgO}

es mayor que el del

\text{K}_2\text{O}

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) SÍ: enlace triple } \text{N}\!\equiv\!\text{N} \;(1\,\sigma + 2\,\pi), \; 946 \text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\;}

\boxed{\;\textbf{b) NO: solo si el átomo central no tiene pares solitarios (AX}_2)\;}

\boxed{\;\textbf{c) porque } |U(\text{MgO})| \gg |U(\text{K}_2\text{O})|: \text{ cargas } \pm 2 \text{ y radios menores}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Tres preguntas sobre tres aspectos distintos del enlace:

a) Estructura de Lewis: cuenta electrones de valencia y aplica la regla del octeto.
b) TRPECV: la geometría depende de las zonas de densidad electrónica, incluidos los pares solitarios.
c) Energía reticular: $U \propto q_+q_-/(r_+ + r_-)$ . Compara primero las cargas.

Desarrollo

a) Sí: el $\text{N}_2$ tiene un enlace TRIPLE.

El nitrógeno pertenece al grupo 15 y aporta 5 electrones de valencia. Para completar el octeto, a cada átomo le faltan tres, así que comparten tres pares de electrones:

:\!\text{N}\!\equiv\!\text{N}\!:

Cada nitrógeno queda con seis electrones de enlace más un par solitario: ocho en total. ✓

El triple enlace consta de un enlace $\sigma$ (solapamiento frontal) y dos enlaces $\pi$ (solapamientos laterales de los orbitales

p

E(\text{N}\!\equiv\!\text{N}) = 946 \text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1} \qquad d = 110 \text{ pm}

Es uno de los enlaces más fuertes que se conocen, y explica la extraordinaria inercia química del nitrógeno atmosférico: hacen falta condiciones extremas (el proceso Haber, a

450\ ^\circ

C y

200

atm) o enzimas especializadas para fijarlo.

b) No, en absoluto.

Una molécula triatómica

\text{AX}_2

es lineal solo si el átomo central no tiene pares solitarios. Si los tiene, la geometría se dobla:

Molécula	Notación	$e^-$ de valencia del central	Geometría	Ángulo
$\text{CO}_2$	$\text{AX}_2$	4 (todos enlazando)	lineal	$180^\circ$
$\text{SO}_2$	$\text{AX}_2\text{E}$	6 (1 par solitario)	angular	$\approx 119^\circ$
$\text{H}_2\text{O}$	$\text{AX}_2\text{E}_2$	6 (2 pares solitarios)	angular	$104{,}5^\circ$

La TRPECV cuenta todas las zonas de densidad electrónica, no solo los enlaces, y los pares solitarios repelen más que los pares de enlace, por lo que comprimen los ángulos.

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

Así que la respuesta es un no rotundo: hay que contar los electrones de valencia del átomo central antes de predecir nada.

c) Porque la energía reticular del $\text{MgO}$ es mucho mayor.

Los dos son sólidos iónicos, y fundirlos exige romper la red. La energía reticular sigue la expresión:

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

	Cargas	Radio del catión
$\text{MgO}$	$(+2)(-2) = \mathbf{4}$	$r(\text{Mg}^{2+}) = 72$ pm
$\text{K}_2\text{O}$	$(+1)(-2) = \mathbf{2}$	$r(\text{K}^+) = 138$ pm

Los dos factores actúan en la misma dirección:

Las cargas. El producto $q_+q_-$ es el doble en el $\text{MgO}$ , y es el factor dominante porque entra en el numerador.
Los radios. El $\text{Mg}^{2+}$ es casi la mitad de grande que el $\text{K}^+$ , así que los iones están mucho más cerca.

|U(\text{MgO})| = 3\,795 \;\gg\; |U(\text{K}_2\text{O})| = 2\,238 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

T_f(\text{MgO}) = 2\,852\ ^\circ\text{C} \;\gg\; T_f(\text{K}_2\text{O}) = 740\ ^\circ\text{C}

Más de dos mil grados de diferencia. Esa altísima energía reticular es la razón de que el

\text{MgO}

se emplee como material refractario en hornos industriales.

Consejo

En c), cuando compares energías reticulares, mira siempre las cargas primero: pesan mucho más que los radios porque entran como producto. $\text{Al}_2\text{O}_3 \;(3\times 2 = 6) \;>\; \text{MgO} \;(2\times 2 = 4) \;>\; \text{NaCl} \;(1\times 1 = 1)$ Solo cuando las cargas coinciden pasa a decidir el tamaño.

Y en b), la trampa es responder por la fórmula ( $\text{XY}_2$ ) en lugar de por la estructura. El $\text{CO}_2$ y el $\text{H}_2\text{O}$ son ambos triatómicos y sus geometrías no se parecen en nada. Cuenta electrones de valencia del átomo central, siempre.