QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · País Vasco 2022 · Junio

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades

Enunciado

Teniendo en cuenta las estructuras de Lewis y las geometrías de estas moléculas y razonando las respuestas:

\text{CF}_4

, LiF,

\text{F}_2

, HF

a) Seleccionar los compuestos que son apolares en estado gaseoso. (0,5 puntos)

b) Seleccionar un compuesto con enlaces iónicos. (0,5 puntos)

c) Comparando

\text{F}_2

y HF, ¿cuál tendrá un punto de ebullición mayor? (0,5 puntos)

Datos (de la tabla del examen): números atómicos: H (Z = 1); Li (Z = 3); C (Z = 6); F (Z = 9).

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\text{F}_2

(enlace entre átomos iguales) y

\text{CF}_4

(tetraédrico: los cuatro dipolos C–F se anulan).

b) LiF:

\text{Li}^+

\text{F}^-

unidos por enlace iónico.

c) El HF, por los enlaces de hidrógeno entre sus moléculas; el

\text{F}_2

solo tiene fuerzas de dispersión.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Empezamos por las configuraciones electrónicas para saber cuántos electrones de valencia tiene cada átomo y qué enlace forman. Entre dos no metales (C–F, F–F, H–F) el enlace es covalente; entre un metal alcalino y el flúor (Li–F), la diferencia de electronegatividad es enorme y el enlace es iónico.

Una molécula es apolar si sus enlaces lo son o si, aun siendo polares, la geometría hace que los momentos dipolares se anulen. Para la temperatura de ebullición miramos las fuerzas entre moléculas: el HF puede formar enlaces de hidrógeno y el

\text{F}_2

solo fuerzas de dispersión.

Desarrollo

Configuraciones electrónicas. H:

1s^1

(1 electrón de valencia); Li:

1s^2\,2s^1

(1); C:

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

(4); F:

1s^2\,2s^2\,2p^5

(7). Al flúor le falta un electrón para el octeto y forma un enlace sencillo; el carbono forma cuatro.

a) Estructuras de Lewis y polaridad.

$\text{F}_2$ : los dos átomos de flúor comparten un par de electrones (enlace sencillo F–F) y cada uno conserva tres pares libres. Es una molécula lineal de dos átomos iguales: el enlace no está polarizado y la molécula es apolar.
$\text{CF}_4$ : el carbono, en el centro, comparte un par con cada uno de los cuatro flúor (cuatro enlaces C–F) y no tiene pares libres; cada flúor tiene tres pares libres. Con cuatro pares enlazantes alrededor del C, la TRPECV da una geometría tetraédrica (ángulos de 109,5°). Cada enlace C–F está polarizado hacia el flúor (más electronegativo), pero los cuatro momentos dipolares son iguales y se anulan por simetría: la molécula es apolar.
HF: un par compartido entre H y F; el flúor conserva tres pares libres. Es lineal y el enlace está muy polarizado hacia el flúor: la molécula es polar.
LiF: no es una molécula covalente, sino un compuesto iónico (apartado b); en estado gaseoso forma pares iónicos $\text{Li}^+\text{F}^-$ , muy polares.

Son apolares el

\text{F}_2

y el

\text{CF}_4

.

b) Compuesto iónico. En el LiF el litio (metal alcalino, muy poco electronegativo) cede su electrón

2s

al flúor (el elemento más electronegativo). Se forman

\text{Li}^+

(

1s^2

, configuración del helio) y

\text{F}^-

(

1s^2\,2s^2\,2p^6

, configuración del neón), que se atraen electrostáticamente. En estado sólido forman una red cristalina iónica.

c) Punto de ebullición del $\text{F}_2$ y del HF. Para hervir hay que separar las moléculas, venciendo las fuerzas intermoleculares:

Entre moléculas de $\text{F}_2$ , apolares, solo hay fuerzas de dispersión (de London), débiles en una molécula tan pequeña.
El HF es polar y tiene hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y pequeño con pares libres: entre sus moléculas se forman enlaces de hidrógeno (H–F···H–F), mucho más fuertes que las fuerzas de dispersión.

Por eso el HF tiene un punto de ebullición mayor que el

\text{F}_2

(unos 20 °C frente a −188 °C), aunque su masa molecular (20 u) sea menor que la del

\text{F}_2

(38 u).

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

Consejo

«Enlaces polares» no es lo mismo que «molécula polar»: en el $\text{CF}_4$ todos los enlaces son polares y aun así la molécula es apolar por su geometría. Justifícalo siempre con la geometría (TRPECV) y la suma de los momentos dipolares. En c), nombra el enlace de hidrógeno y explica por qué gana aunque el HF pese menos.