Enlace químico y geometría molecular

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

a) Formulación. Amoníaco: $\text{NH}_3$ [−0,50 p. si no formulan bien]

Estructuras de Lewis

$\text{H}_2\text{O}$

O = 6 electrones de valencia; H = 1 electrón de valencia

$6 + 2 \times 1 = 8$ electrones (4 pares por colocar)

0,25 p.

$\text{CO}_2$

C = 4 electrones de valencia; O = 6 electrones de valencia

$4 + 6 \times 2 = 16$ electrones (8 pares por colocar)

0,20 p.

$\text{NH}_3$

N = 5 electrones de valencia; H = 1 electrón de valencia

$5 + 3 \times 1 = 8$ electrones (4 pares por colocar)

0,20 p.

¿Qué nos explica la teoría de RPECV?

0,15 p. La teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia dice que los pares de electrones enlazados y no enlazados que rodean el átomo central de una molécula covalente se orientan alejándose lo suficiente entre sí para conseguir que las repulsiones colombianas entre los pares de electrones sean mínimas.

Geometría de las moléculas según la teoría de RPECV

0,15 p. $\text{H}_2\text{O}$: dos pares enlazados, dos pares libres $\Rightarrow$ geometría angular ($\text{AB}_2\text{E}_2$)

0,15 p. $\text{CO}_2$: cuatro pares enlazados, ningún par libre $\Rightarrow$ geometría lineal ($\text{AB}_2$)

0,15 p. $\text{NH}_3$: tres pares enlazados, un par libre $\Rightarrow$ geometría piramidal trigonal ($\text{AB}_3\text{E}$)

b) Molécula polar y apolar

0,20 p.

$\Rightarrow$ Una molécula es apolar cuando la resultante de los momentos dipolares de sus enlaces es cero.

$\Rightarrow$ Una molécula es polar cuando la resultante de los momentos dipolares de sus enlaces es diferente de cero.

Polaridad de las moléculas y factores que afectan a la polaridad

0,10 p. La electronegatividad de los átomos que forman el enlace y la geometría de las moléculas son los factores que definen la polaridad de una molécula.

Electronegatividad

En las tres moléculas, la diferencia de electronegatividad entre sus átomos polariza los enlaces, los cuales presentan un determinado momento dipolar:

0,15 p.

• $\text{H}_2\text{O}$: $\text{H}\,(\delta+) - \text{O}\,(\delta-)$
• $\text{CO}_2$: $\text{C}\,(\delta+) - \text{O}\,(\delta-)$
• $\text{NH}_3$: $\text{N}\,(\delta-) - \text{H}\,(\delta+)$

Geometría

La molécula de agua presenta una geometría angular y esto aporta un momento dipolar diferente de cero y es polar.

$\Rightarrow$ La molécula de agua es polar porque no se anulan los momentos dipolares de los dos enlaces.

La molécula de dióxido de carbono presenta una geometría lineal y esto aporta un momento dipolar diferente de cero y es apolar.

$\Rightarrow$ La molécula de dióxido de carbono es apolar porque se anulan los momentos dipolares de los dos enlaces.

La molécula de amoníaco presenta una geometría piramidal trigonal y esto aporta un momento dipolar diferente de cero y es polar.

0,45 p. $\Rightarrow$ La molécula de amoníaco es polar porque no se anulan los momentos dipolares de los tres enlaces.

Razonamiento de las diferencias en los puntos de ebullición

0,35 p. Los enlaces de las cuatro moléculas se encuentran polarizados debido a las diferencias de electronegatividad de los átomos enlazados, y se da la diferencia de electronegatividad mayor en la molécula de agua.

Esta distribución de carga de la molécula de agua hace que las moléculas se unan por enlaces de hidrógeno. El enlace de hidrógeno intermolecular se produce entre el átomo de H de una molécula y el átomo de O de otra molécula y provoca un aumento en el punto de ebullición del agua respecto a los hidruros del grupo 16.