QuímicaFácil2 pts

Enlace químico y geometría molecular

Comunidad de Madrid · 2022 · Junio (coincidentes)

Enunciado

Para las siguientes moléculas:

\text{C}_2\text{H}_2

\text{BeCl}_2

\text{NH}_3

.

a) (0,5 puntos) Dibuje sus estructuras de Lewis.

b) (0,5 puntos) Indique las geometrías según la TRPEV.

c) (0,5 puntos) Indique la hibridación del átomo central.

d) (0,5 puntos) Justifique su polaridad.

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Resultado

a) $\text{H}-\text{C}{\mkern2mu\equiv\mkern2mu}\text{C}-\text{H}$ ; $\text{Cl}-\text{Be}-\text{Cl}$ (tres pares solitarios en cada Cl; Be con octeto incompleto); $\text{NH}_3$ con tres enlaces N–H y un par solitario en el N.
b) $\text{C}_2\text{H}_2$ lineal; $\text{BeCl}_2$ lineal; $\text{NH}_3$ pirámide trigonal.
c) C: $sp$ ; Be: $sp$ ; N: $sp^3$ .
d) $\text{C}_2\text{H}_2$ y $\text{BeCl}_2$ apolares; $\text{NH}_3$ polar.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Cuenta los electrones de valencia y reparte pares enlazantes y solitarios (estructura de Lewis). Después, alrededor de cada átomo central, cuenta las direcciones en las que hay electrones (un enlace múltiple cuenta como una sola) y los pares solitarios: eso da la geometría (TRPEV) y la hibridación. La polaridad sale de sumar los momentos dipolares de los enlaces según esa geometría.

Desarrollo

a) Estructuras de Lewis.

$\text{C}_2\text{H}_2$ (etino): $2\cdot 4 + 2\cdot 1 = 10$ electrones de valencia. Para que cada C complete el octeto, los dos carbonos comparten tres pares (enlace triple):

\text{H}-\text{C}{\mkern2mu\equiv\mkern2mu}\text{C}-\text{H}

$\text{BeCl}_2$ : $2 + 2\cdot 7 = 16$ electrones. El Be forma dos enlaces sencillos y cada Cl conserva tres pares solitarios:

:\overset{..}{\underset{..}{\text{Cl}}}-\text{Be}-\overset{..}{\underset{..}{\text{Cl}}}:

El berilio se queda con solo 4 electrones a su alrededor: es una excepción a la regla del octeto (octeto incompleto).

$\text{NH}_3$ : $5 + 3\cdot 1 = 8$ electrones. Tres enlaces N–H y un par solitario en el nitrógeno:

\begin{array}{ccccc} \text{H} & - & \ddot{\text{N}} & - & \text{H} \\ & & | & & \\ & & \text{H} & & \end{array}

b) Geometría (TRPEV).

Molécula	Átomo central	Pares enlazantes (direcciones)	Pares solitarios	Geometría
$\text{C}_2\text{H}_2$	cada C	2 (C–H y el triple C≡C)	0	lineal ( $180^\circ$ )
$\text{BeCl}_2$	Be	2	0	lineal ( $180^\circ$ )
$\text{NH}_3$	N	3	1	pirámide trigonal ( $\approx 107^\circ$ )

En el

\text{NH}_3

los cuatro pares se orientan hacia los vértices de un tetraedro, pero la geometría se describe por los átomos: el N en el vértice de una pirámide de base triangular formada por los tres H. El par solitario repele más que los enlazantes y cierra el ángulo por debajo de

109{,}5^\circ

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

c) Hibridación.

$\text{C}_2\text{H}_2$ : cada carbono, $sp$ (dos direcciones a $180^\circ$ ). Los dos orbitales $p$ que quedan sin hibridar forman los dos enlaces $\pi$ del triple enlace.
$\text{BeCl}_2$ : el Be, $sp$ (dos direcciones a $180^\circ$ ).
$\text{NH}_3$ : el N, $sp^3$ (cuatro pares, tres enlazantes y uno solitario, en direcciones tetraédricas).

d) Polaridad.

$\text{C}_2\text{H}_2$ : apolar. Los enlaces C–H son muy poco polares y, por la geometría lineal y simétrica, sus momentos dipolares son iguales y opuestos: se anulan. El C≡C, entre átomos iguales, es apolar.
$\text{BeCl}_2$ : apolar. Los enlaces Be–Cl sí son polares (el Cl es mucho más electronegativo que el Be), pero los dos momentos dipolares son iguales y están a $180^\circ$ : la resultante es cero.
$\text{NH}_3$ : polar. Los enlaces N–H son polares (el N es más electronegativo) y, en la pirámide, sus momentos dipolares no se anulan: suman una resultante dirigida hacia el N, a la que se añade la contribución del par solitario.

Consejo

En la TRPEV, un enlace doble o triple cuenta como una sola dirección: el C del etino tiene dos direcciones (lineal, $sp$ ), no cuatro.

«Enlaces polares» no implica «molécula polar»: en el $\text{BeCl}_2$ los enlaces son polares, pero la simetría los anula. Justifica siempre con la geometría.