Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2025

BLOQUE C (Consta de dos problemas, debes responder a 1 de ellos)
C1. Considerar las siguientes sustancias: NaBr, $\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{CH_4}$, Ag, C (diamante).

a) Clasificarlas de acuerdo con el tipo de enlace: metálico, iónico, molécula covalente o red covalente. (0,50)
b) Para las especies moleculares, dibujar las estructuras de Lewis e indicar la geometría molecular empleando la Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia (TRPECV). Razonar cuál de las dos especies presenta un punto de ebullición más alto. (1,50)
c) Elegir de forma razonada un compuesto para: i) fabricar un cable que conduzca la electricidad; ii) fabricar herramientas de corte (Es la sustancia con mayor dureza y no es soluble en agua). (0,50)

$\textbf{a) Clasificarlas de acuerdo con el tipo de enlace: metálico, iónico, molécula covalente o red covalente. (0,50)}$

La clasificación se hace atendiendo a la naturaleza de los elementos que forman cada sustancia: metal con no metal da enlace iónico, metal solo da enlace metálico, y entre no metales el enlace es covalente, que puede dar lugar a moléculas discretas o a una red que se extiende por todo el cristal.

Sustancia	Elementos	Tipo de enlace NaBr	metal alcalino + halógeno	iónico $\mathrm{H_2O}$	dos no metales	molécula covalente $\mathrm{CH_4}$	dos no metales	molécula covalente Ag	un solo metal	metálico C (diamante)	un solo no metal	red covalente

El bromuro de sodio combina un metal muy electropositivo con un halógeno muy electronegativo, de modo que hay transferencia de electrones y se forma una red de iones. La plata, al ser un metal puro, presenta cationes en una red inmersa en una nube de electrones deslocalizados. El diamante es el caso particular de un no metal que enlaza covalentemente con cuatro vecinos en las tres direcciones del espacio, sin formar moléculas: el cristal entero es una sola red covalente.

$\textbf{b) Para las especies moleculares, dibujar las estructuras de Lewis e indicar la geometría molecular empleando la Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia (TRPECV). Razonar cuál de las dos especies presenta un punto de ebullición más alto. (1,50)}$

Las especies moleculares son el agua y el metano. Para cada una se cuentan los electrones de valencia, se reparten en pares enlazantes y solitarios, y se aplica la TRPECV al átomo central: los pares de electrones que lo rodean se separan al máximo, y la geometría molecular la definen solo los átomos unidos a él.

Para el agua, el oxígeno aporta seis electrones de valencia y cada hidrógeno uno:

$e^-_{\text{totales}}=6+2\cdot1=8\ e^-=4\ \text{pares}$

$2\ \text{pares enlazantes}+2\ \text{pares solitarios}=4\ \text{pares}$

$\mathrm{AX_2E_2}\Rightarrow \text{disposición tetraédrica}\Rightarrow \text{geometría angular}$

Los dos pares solitarios repelen más que los enlazantes y cierran el ángulo por debajo del valor tetraédrico, hasta unos 104,5º.

Para el metano, el carbono aporta cuatro electrones de valencia:

$e^-_{\text{totales}}=4+4\cdot1=8\ e^-=4\ \text{pares}$

$4\ \text{pares enlazantes}+0\ \text{pares solitarios}=4\ \text{pares}$

$\mathrm{AX_4}\Rightarrow \text{geometría tetraédrica},\ 109{,}5^{\circ}$

Al no haber pares solitarios los cuatro enlaces son equivalentes y el ángulo es exactamente el tetraédrico.



Para comparar los puntos de ebullición se atiende a las fuerzas intermoleculares, ya que hervir no exige romper enlaces covalentes, sino separar unas moléculas de otras. Las masas molares son casi iguales, así que la diferencia no puede venir de ahí:

$M(\mathrm{H_2O})=18{,}0\ \text{g/mol}\qquad M(\mathrm{CH_4})=16{,}0\ \text{g/mol}$

La molécula de agua es angular y sus dos enlaces O–H están muy polarizados, de modo que los momentos dipolares no se anulan y la molécula es polar. Además reúne las dos condiciones del enlace de hidrógeno: hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y pequeño, y pares solitarios sobre ese átomo capaces de aceptar el puente.

$\mathrm{H_2O}:\ \vec\mu_{\text{total}}\neq\vec 0\Rightarrow \text{polar}\Rightarrow \text{enlaces de hidrógeno}$

El metano, en cambio, es un tetraedro perfectamente simétrico: los cuatro momentos dipolares de enlace, ya de por sí pequeños, se anulan entre sí. La molécula es apolar y solo dispone de fuerzas de dispersión de London, las más débiles.

$\mathrm{CH_4}:\ \vec\mu_{\text{total}}=\vec 0\Rightarrow \text{apolar}\Rightarrow \text{solo fuerzas de London}$

El agua presenta el punto de ebullición mucho más alto, porque hay que vencer una red de enlaces de hidrógeno, mientras que en el metano solo hay que superar débiles fuerzas de dispersión. De hecho el agua es líquida a temperatura ambiente y el metano es un gas, pese a tener masas molares casi idénticas.

$\textbf{c) Elegir de forma razonada un compuesto para: i) fabricar un cable que conduzca la electricidad; ii) fabricar herramientas de corte (Es la sustancia con mayor dureza y no es soluble en agua). (0,50)}$

Se busca en cada caso la sustancia cuyo tipo de enlace proporciona la propiedad pedida.

i) Para que un material conduzca la electricidad en estado sólido hace falta que tenga portadores de carga con libertad de movimiento. De las cinco sustancias, solo el metal cumple esa condición: en el enlace metálico los electrones de valencia están deslocalizados en toda la red y se desplazan al aplicar una diferencia de potencial. El bromuro de sodio tiene iones, pero inmóviles en el cristal, y por eso solo conduce fundido o disuelto.

$\text{i)}\ \mathrm{Ag}\ \Rightarrow\ \text{enlace metálico, electrones deslocalizados}$

ii) La dureza extrema y la insolubilidad en agua son propias de una red covalente, en la que cortar o rayar el material obliga a romper enlaces covalentes en las tres direcciones del espacio. El diamante es el ejemplo canónico y es la sustancia más dura que se conoce.

$\text{ii)}\ \mathrm{C}\ \text{(diamante)}\ \Rightarrow\ \text{red covalente tridimensional}$

Para el cable se elige la plata, por ser un metal con electrones deslocalizados, y para las herramientas de corte el diamante, por formar una red covalente que le da una dureza excepcional y lo hace insoluble en agua.