Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · País Vasco 2023 · Julio

a) Electrones de valencia. O ($Z = 8$): $1s^2\,2s^2\,2p^4$, 6 electrones de valencia. S ($Z = 16$): $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4$, 6 electrones de valencia. En total: $6 + 2\cdot 6 = 18$ electrones, es decir, 9 pares.

Recuento en cada estructura. En las tres hay dos dobles enlaces S=O (4 pares) y dos pares solitarios en cada oxígeno (4 pares): 8 pares, 16 electrones. Lo que cambia es el azufre:

• 1) el S no tiene pares solitarios: 16 electrones en total, faltan 2. Dicho de otro modo, el azufre solo aporta 4 de sus 6 electrones de valencia. Es incorrecta.
• 2) el S tiene un par solitario: $16 + 2 = 18$ electrones, justo los de la molécula. Es la correcta.
• 3) el S tiene dos pares solitarios: $16 + 4 = 20$ electrones, sobran 2: el azufre aparece con 8 electrones propios cuando solo tiene 6. Es incorrecta.

En la estructura 2) el azufre queda rodeado de 10 electrones (octeto expandido), lo que es posible porque es un elemento del tercer periodo. Otra forma habitual de escribirla, respetando el octeto, es la de dos formas resonantes con un enlace doble y uno simple ($\text{O=S–O}$ y $\text{O–S=O}$, con cargas formales); en las dos el S conserva un par solitario, y la geometría que se deduce es la misma.

b) Geometría (TRPECV). Alrededor del azufre hay tres zonas de densidad electrónica: los dos enlaces con los oxígenos (cada doble enlace cuenta como una) y el par solitario. Se orientan hacia los vértices de un triángulo equilátero (tipo $\text{AX}_2\text{E}$). Como una de las tres posiciones la ocupa el par solitario, la molécula es angular, con un ángulo O–S–O algo menor de 120° (unos 119°), porque el par solitario repele más que los pares de enlace.

c) Polaridad. El oxígeno es más electronegativo que el azufre, así que cada enlace S–O está polarizado, con la carga parcial negativa en el oxígeno ($\delta^-$) y la positiva en el azufre ($\delta^+$). Como la molécula es angular, los dos momentos dipolares de enlace no apuntan en sentidos opuestos y su suma no es cero: el momento dipolar total apunta desde el azufre hacia el punto medio entre los dos oxígenos. El $\text{SO}_2$ es una molécula polar. (Compárese con el $\text{CO}_2$, lineal y apolar aunque sus enlaces también son polares.)