Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2024

2. Considere los compuestos covalentes: ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$, $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, $\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2$.

a) Nómbrelos. (0,50 puntos)
b) Represente las estructuras de Lewis del ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ y del $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y, en base a ellas, indique cómo será la geometría en torno a los átomos de C de cada uno de estos compuestos, así como en torno a los átomos de O de los grupos OH del ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$. (1,00 puntos)
c) Para cada uno de los tres compuestos, indique si es un compuesto covalente atómico o molecular y, basándose en esta respuesta, indique cuál de los tres tendrá un mayor punto de fusión. (0,50 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{N}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mbrelos.}}\mathbf{\text{(0,50}}\mathbf{\text{puntos)}}$

${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ — ácido carbónico.

$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ — dióxido de carbono, también óxido de carbono(IV).

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2$ — dióxido de silicio; no hace falta indicar el estado de oxidación porque el silicio solo actúa con $+4$.

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Represente}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{estructuras}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Lewis}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{H}}}_2{\mathbf{\text{CO}}}_3{\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{CO}}}_2{\mathbf{\text{y,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{base}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{ellas,}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{torno}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{C}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{compuestos,}}\mathbf{\text{as}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{torno}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{O}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{grupos}}\mathbf{\text{OH}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{H}}}_2{\mathbf{\text{CO}}}_3\mathbf{\text{.}}\mathbf{\text{(1,00}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En el ácido carbónico el carbono se une a un oxígeno por un doble enlace y a los otros dos, los de los grupos $-\mathrm{O}\mathrm{H}$, por enlaces simples. En el dióxido de carbono se une a los dos oxígenos por dobles enlaces. En ambos casos el carbono completa su octeto y no le queda ningún par libre.



En torno al carbono del ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ hay tres zonas de densidad electrónica —el doble enlace cuenta como una— y ningún par libre: la geometría es $\mathbf{\text{trigonal}}\mathbf{\text{plana}}$, con ángulos de 120°.

En torno al carbono del $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ hay solo dos zonas y ningún par libre: la geometría es $\mathbf{\text{lineal}}$, con 180°.

Y en torno a cada oxígeno de los grupos $-\mathrm{O}\mathrm{H}$ hay dos pares enlazantes y dos libres, cuatro zonas en total. Los pares se disponen en tetraedro, pero la geometría molecular es $\mathbf{\text{angular}}$, como en el agua.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Para}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{compuestos,}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{covalente}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,50}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El ${\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ y el $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ son covalentes $\mathbf{\text{moleculares}}$: existen como moléculas discretas, y entre ellas solo actúan fuerzas intermoleculares, que son débiles.

El $\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2$ es covalente $\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}$: no hay moléculas de $\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2$, sino una red tridimensional en la que cada silicio se une a cuatro oxígenos y cada oxígeno a dos silicios, indefinidamente.

Fundir el dióxido de silicio exige romper enlaces covalentes de la red, mientras que fundir los otros dos solo exige vencer fuerzas intermoleculares. El mayor punto de fusión con diferencia es, por tanto, el del $\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2$: unos 1713 ºC, frente a un $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ que es gas a temperatura ambiente.