QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Enlace químico y geometría molecular

Castilla-La Mancha · 2024 · Julio

Enunciado

a) (1,0 punto) Escriba las estructuras de Lewis y describa la geometría de las siguientes moléculas usando la teoría de repulsión de pares de electrones (TRPECV):

\text{BeCl}_2

\text{PF}_5

\text{N}_2

\text{CCl}_4

b) (1,0 punto) Describa la hibridación de los átomos de C de la molécula de eteno (

\text{C}_2\text{H}_4

) y de la molécula de metano (

\text{CH}_4

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Resultado

\text{BeCl}_2

lineal (Be con 4 e⁻);

\text{PF}_5

bipirámide trigonal (P con 10 e⁻);

\text{N}_2

lineal (

:\text{N}\equiv\text{N}:

);

\text{CCl}_4

tetraédrica.

b) Eteno: cada C

sp^2

(3 σ y un

p

puro que forma el π). Metano: C

sp^3

(4 σ C–H, tetraédrico).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Para cada molécula se cuentan los electrones de valencia, se colocan los enlaces alrededor del átomo central y se reparten los pares que sobran. Luego la TRPECV dice que los pares de electrones del átomo central (enlazantes y solitarios) se alejan lo más posible entre sí: 2 pares, lineal; 4, tetraédrica; 5, bipirámide trigonal. Si no hay pares solitarios, la geometría de la molécula coincide con la de los pares.

Ojo con dos excepciones al octeto: el berilio se queda con solo 4 electrones y el fósforo puede rodearse de 10 porque tiene orbitales

d

disponibles (tercer periodo).

En b), la hibridación se deduce de cuántas direcciones de enlace σ tiene cada carbono: 3 en el eteno (con un doble enlace) y 4 en el metano.

Desarrollo

a) Estructuras de Lewis y geometría (TRPECV)

Electrones de valencia: Be (2), Cl (7), P (5), F (7), N (5), C (4).

$\text{BeCl}_2$ ( $2 + 2\cdot 7 = 16$ electrones). El Be central forma dos enlaces simples Be–Cl y no le queda ningún par solitario; cada Cl lleva tres pares solitarios:

\text{Cl}\!-\!\text{Be}\!-\!\text{Cl} \qquad (\text{tres pares solitarios en cada Cl})

El Be solo tiene 4 electrones a su alrededor (octeto incompleto). Con 2 pares enlazantes y ninguno solitario, se colocan a

180^\circ

: molécula lineal.

$\text{PF}_5$ ( $5 + 5\cdot 7 = 40$ electrones). El P central forma cinco enlaces simples P–F, sin pares solitarios; cada F lleva tres pares solitarios. El P queda con 10 electrones (octeto expandido, posible porque el P es del tercer periodo). Con 5 pares enlazantes, la geometría es de bipirámide trigonal: tres F en el plano ecuatorial a $120^\circ$ y dos F axiales a $90^\circ$ de ese plano.

$\text{N}_2$ ( $2\cdot 5 = 10$ electrones). Cada N comparte tres pares (triple enlace) y conserva un par solitario; así ambos completan el octeto:

:\text{N}\equiv\text{N}:

Al ser una molécula diatómica, es necesariamente lineal.

$\text{CCl}_4$ ( $4 + 4\cdot 7 = 32$ electrones). El C central forma cuatro enlaces simples C–Cl, sin pares solitarios (octeto completo); cada Cl lleva tres pares solitarios. Con 4 pares enlazantes, la molécula es tetraédrica, con ángulos de $109{,}5^\circ$ .

Molécula	Pares enlazantes del átomo central	Pares solitarios del átomo central	Geometría	Ángulos
$\text{BeCl}_2$	2	0	Lineal	$180^\circ$
$\text{PF}_5$	5	0	Bipirámide trigonal	$120^\circ$ y $90^\circ$
$\text{N}_2$	1 (triple enlace)	1 en cada N	Lineal	—
$\text{CCl}_4$	4	0	Tetraédrica	$109{,}5^\circ$

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b) Hibridación del carbono en el eteno y en el metano

El carbono tiene la configuración de valencia

2s^2\,2p^2

. Para formar enlaces, promociona un electrón

2s

a un orbital

2p

vacío (

2s^1\,2p^3

) y mezcla orbitales:

Metano, $\text{CH}_4$ : hibridación $sp^3$ . El carbono combina el orbital $2s$ con los tres $2p$ y forma cuatro orbitales híbridos $sp^3$ equivalentes, dirigidos hacia los vértices de un tetraedro ( $109{,}5^\circ$ ). Cada uno se solapa con el $1s$ de un hidrógeno y da un enlace σ C–H. Molécula tetraédrica.

Eteno, $\text{C}_2\text{H}_4$ : hibridación $sp^2$ en cada carbono. Cada C combina el $2s$ con dos orbitales $2p$ y forma tres orbitales híbridos $sp^2$ , en un plano y a $120^\circ$ : dos forman enlaces σ C–H y el tercero el enlace σ C–C. Le queda en cada carbono un orbital $2p$ sin hibridar, perpendicular al plano; los dos se solapan lateralmente y forman el enlace π. Así, el doble enlace $\text{C}\!=\!\text{C}$ es un enlace σ más uno π, y la molécula es plana.

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Consejo

En las estructuras de Lewis, dibuja todos los pares solitarios, también los de los átomos terminales (los tres de cada Cl o F): la corrección los pide.

No fuerces el octeto en el Be ni en el P. El $\text{BeCl}_2$ es lineal precisamente porque el Be solo tiene dos pares; si le inventas pares solitarios, te sale angular y está mal.