Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

El difluoruro de azufre, $\mathrm{S}{\mathrm{F}}_2$, a temperatura ambiente es un gas incoloro muy inestable, el cual reacciona de forma muy rápida con el agua.

a) Escriba la configuración electrónica del azufre (S) e indique a qué bloque y período de la tabla periódica pertenece.

b) Ordene, de manera razonada, los dos elementos, F y S, de mayor a menor radio atómico.

c) Explique la geometría de la molécula de $\mathrm{S}{\mathrm{F}}_2$ según la teoría de la repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV).

d) Indique si la molécula de $\mathrm{S}{\mathrm{F}}_2$ es polar o apolar. Justifique la respuesta.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{azufre}}\mathbf{\text{(S)}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{bloque}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{per}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{odo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{peri}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{dica}}\mathbf{\text{pertenece.}}$

El azufre tiene número atómico 16, así que hay que repartir 16 electrones siguiendo el principio de construcción:

$\mathrm{S}(Z=16):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4$

El $\mathbf{\text{periodo}}$ lo da el número cuántico principal más alto ocupado, que aquí es 3: el azufre pertenece al $\mathbf{\text{tercer}}\mathbf{\text{periodo}}$.

El $\mathbf{\text{bloque}}$ lo da el tipo de orbital que se está llenando en último lugar. Como el último electrón entra en un orbital $3p$, el azufre pertenece al $\mathbf{\text{bloque}}\mathbf{\text{p}}$.

Sumando los electrones de la capa de valencia, $3s^{2}3p^4$, resultan seis, lo que sitúa al azufre en el grupo 16, el de los anfígenos.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Ordene,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{manera}}\mathbf{\text{razonada,}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{elementos,}}\mathbf{\text{F}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{S,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico.}}$

$r(\mathrm{S})>r(\mathrm{F})$

Los dos elementos no están ni en el mismo grupo ni en el mismo periodo, así que conviene ir por partes. El flúor tiene $Z=9$ y su configuración es $1s^{2}2s^{2}2p^5$: sus electrones más externos están en el $\mathbf{\text{segundo}}$ nivel. El azufre los tiene en el $\mathbf{\text{tercero}}$.

El número de capas es el factor dominante: cada capa nueva aleja notablemente a los electrones externos del núcleo y, además, los electrones internos apantallan la carga nuclear. Por eso, aunque el azufre tenga más protones, su radio es mayor.

Dicho de otro modo, el radio crece al bajar en un grupo y disminuye al avanzar hacia la derecha en un periodo, y aquí el efecto de la capa adicional se impone sobre el del avance en el periodo.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{SF₂}}\mathbf{\text{seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{teor}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{repulsi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{pares}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{capa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{valencia}}\mathbf{\text{(TRPECV).}}$

La TRPECV cuenta todos los pares que rodean al átomo central, enlazantes y no enlazantes, porque todos se repelen y se sitúan lo más separados posible.

El azufre aporta 6 electrones de valencia: emplea dos en formar sendos enlaces simples con los flúores y le quedan $\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{pares}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{enlazantes}}$. En total, cuatro pares.

Cuatro pares se disponen en $\mathbf{\text{tetraedro}}$: esa es la geometría electrónica. Pero la geometría $\mathbf{\text{molecular}}$ solo atiende a la posición de los átomos, y como dos de los cuatro vértices están ocupados por pares libres, la molécula resulta $\mathbf{\text{angular}}$, igual que el agua.

El ángulo F–S–F es algo menor que los 109,5° del tetraedro perfecto, porque los pares libres, al estar sujetos por un solo núcleo, ocupan más espacio y comprimen los pares de enlace.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{SF₂}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{polar}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{apolar.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}$

Es $\mathbf{\text{polar}}$.

Cada enlace S–F es muy polar, porque el flúor tiene la mayor electronegatividad de todos los elementos, 4,0, frente a 2,6 del azufre, de modo que el par compartido se desplaza claramente hacia el flúor.

La polaridad de la molécula es la suma vectorial de esos momentos dipolares. Al ser la geometría angular, los dos vectores no están enfrentados y no pueden cancelarse; además, los pares no enlazantes del azufre aportan su propia contribución en el mismo sentido.

${\vec{\mu }}_{\text{total}}\mathrm{\ne }\vec{0}$

Solo sería apolar si la molécula fuese lineal, cosa que impiden los dos pares libres del átomo central.