QuímicaMedioCuestión · 2 pts

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

Enunciado

a) Dibuje las estructuras electrónicas de Lewis para las moléculas

\text{CF}_4

\text{F}_2\text{CO}

\text{CO}_2

. (0,6 puntos)

b) Indique razonadamente la geometría de las tres moléculas del apartado anterior y ordene de menor a mayor los ángulos de las moléculas (F-C-F del

\text{CF}_4

, F-C-F del

\text{F}_2\text{CO}

y O-C-O del

\text{CO}_2

). (0,8 puntos)

c) Razone qué molécula/s del apartado (a) es/son polares. (0,6 puntos)

Datos: Números atómicos,

Z

: C = 6; O = 8; F = 9. Electronegatividades (Pauling): C = 2,55; O = 3,44; F = 3,98.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\text{CF}_4

: cuatro enlaces C–F.

\text{F}_2\text{CO}

: dos C–F y un C=O.

\text{CO}_2

: O=C=O. Sin pares solitarios en el C; todos con octeto.

b)

\text{CF}_4

tetraédrica (

109{,}5^\circ

\text{F}_2\text{CO}

trigonal plana (

\approx 120^\circ

\text{CO}_2

lineal (

180^\circ

). Orden:

\text{CF}_4 < \text{F}_2\text{CO} < \text{CO}_2

.

c) Solo el

\text{F}_2\text{CO}

es polar.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El carbono es el átomo central de las tres moléculas. Con sus cuatro electrones de valencia forma cuatro enlaces: cuatro simples con los flúor en el

\text{CF}_4

, dos simples y uno doble en el

\text{F}_2\text{CO}

, y dos dobles en el

\text{CO}_2

. En ninguna le quedan pares solitarios.

Para la geometría (TRPECV) cuentan las zonas de densidad electrónica alrededor del carbono, y un doble enlace es una sola zona: 4 zonas dan un tetraedro, 3 un triángulo y 2 una recta. La polaridad sale de sumar los momentos dipolares de los enlaces según esa geometría.

Desarrollo

a) Electrones de valencia. Con las configuraciones C (

Z = 6

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

, 4 electrones de valencia; O (

Z = 8

1s^2\,2s^2\,2p^4

, 6; F (

Z = 9

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

, 7.

Estructuras de Lewis.

CF₄ ( $4 + 4\cdot 7 = 32$ electrones, 16 pares): el C forma cuatro enlaces simples C–F; cada F conserva tres pares solitarios. El carbono no tiene pares solitarios.
F₂CO ( $4 + 2\cdot 7 + 6 = 24$ electrones, 12 pares): el C forma dos enlaces simples C–F y un doble enlace C=O. Cada F conserva tres pares solitarios y el O, dos. Así el carbono completa su octeto (4 pares de enlace).
CO₂ ( $4 + 2\cdot 6 = 16$ electrones, 8 pares): O=C=O, dos dobles enlaces; cada O conserva dos pares solitarios.

Estructuras de Lewis: CF4 con cuatro enlaces simples y tres pares en cada flúor; F2CO con un doble enlace C=O; CO2 con dos dobles enlaces y dos pares solitarios en cada oxígeno

En las tres, todos los átomos cumplen la regla del octeto.

b) Geometría (TRPECV). Contamos las zonas de densidad electrónica del carbono (un doble enlace cuenta como una):

Molécula	Zonas en el C	Tipo	Geometría	Ángulo
$\text{CF}_4$	4	$\text{AX}_4$	Tetraédrica	F–C–F $= 109{,}5^\circ$
$\text{F}_2\text{CO}$	3	$\text{AX}_3$	Trigonal plana	F–C–F $\approx 120^\circ$
$\text{CO}_2$	2	$\text{AX}_2$	Lineal	O–C–O $= 180^\circ$

Por qué. Las zonas de densidad electrónica se repelen y se colocan lo más lejos posible: cuatro, hacia los vértices de un tetraedro; tres, en un plano a unos

120^\circ

; dos, en línea recta. En el

\text{F}_2\text{CO}

el doble enlace C=O repele algo más que los simples, así que el ángulo F–C–F se cierra un poco por debajo de

120^\circ

, pero la molécula sigue siendo plana.

Orden de los ángulos.

\text{F–C–F}\ (\text{CF}_4,\ 109{,}5^\circ) < \text{F–C–F}\ (\text{F}_2\text{CO},\ \approx 120^\circ) < \text{O–C–O}\ (\text{CO}_2,\ 180^\circ)

c) Polaridad de los enlaces. Todos los enlaces son polares: el F (3,98) y el O (3,44) son más electronegativos que el C (2,55), así que cada enlace tiene un momento dipolar dirigido del C hacia el F o el O.

Polaridad de las moléculas.

CF₄: cuatro momentos dipolares iguales dirigidos a los vértices de un tetraedro regular; su suma es cero: apolar.
CO₂: dos momentos dipolares iguales y opuestos (molécula lineal); se anulan: apolar.
F₂CO: los tres enlaces no son iguales (dos C–F y un C=O, con distinta polaridad), así que en el triángulo sus momentos no se compensan: polar.

Solo el

\text{F}_2\text{CO}

es polar.

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

Consejo

En TRPECV un doble enlace es una zona de densidad electrónica: si lo cuentas como dos, el $\text{F}_2\text{CO}$ te sale tetraédrico y el $\text{CO}_2$ angular, y se te cae todo el apartado b).

En c) no basta con decir que los enlaces son polares: hay que razonar con la geometría si los momentos dipolares se anulan. Que el $\text{CF}_4$ y el $\text{CO}_2$ tengan enlaces muy polares y sean apolares es justo lo que el corrector quiere ver explicado.