Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · 2023

Indique de manera razonada si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas:

a) La molécula de tricloruro de nitrógeno ($\mathrm{NCl_3}$) es apolar.

b) El etanol ($\mathrm{CH_3\text{-}CH_2OH}$) tiene un punto de ebullición más elevado que el dimetil éter ($\mathrm{CH_3\text{-}O\text{-}CH_3}$).

c) Según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV), la molécula $\mathrm{BeCl_2}$ presenta una geometría lineal.

d) En valor absoluto, la energía reticular del cloruro de sodio (NaCl) es más elevada que la energía reticular del cloruro de potasio (KCl).

$\textbf{a) La molécula de tricloruro de nitrógeno (NCl₃) es apolar.}$

$\textbf{Falsa.}$ Hay que mirar la geometría antes de decidir.

El nitrógeno aporta 5 electrones de valencia: emplea tres en los enlaces con los cloros y $\textbf{le sobra un par no enlazante}$. Con cuatro pares en total, la disposición electrónica es tetraédrica, pero como solo tres vértices llevan átomo la geometría molecular es una $\textbf{pirámide trigonal}$, la misma del amoníaco.

Esa forma no es simétrica, de modo que los momentos dipolares de los tres enlaces N–Cl no pueden cancelarse. Y aunque la diferencia de electronegatividad entre nitrógeno y cloro es pequeña, el par no enlazante del nitrógeno aporta por sí solo una contribución apreciable al momento dipolar de la molécula.

$\vec\mu_{\text{total}} \neq \vec 0$

El $\mathrm{NCl_3}$ es, por tanto, una molécula polar. Sería apolar si fuese trigonal plana, como el $\mathrm{BCl_3}$, pero el par libre lo impide.

$\textbf{b) El etanol tiene un punto de ebullición más elevado que el dimetil éter.}$

$\textbf{Verdadera}$, y la diferencia es grande: 78 °C frente a $-24$ °C.

Los dos compuestos son isómeros de función, con la misma fórmula molecular $\mathrm{C_2H_6O}$ y, por tanto, la misma masa molecular. Así que las fuerzas de dispersión de London son comparables y no explican la diferencia.

Lo decisivo es que el $\textbf{etanol}$ tiene un hidrógeno unido directamente al oxígeno, que es lo que permite formar $\textbf{enlaces de hidrógeno}$ entre sus moléculas, la más intensa de las fuerzas intermoleculares.

En el $\textbf{dimetil éter}$ el oxígeno está unido a dos carbonos y no queda ningún hidrógeno sobre él; sus moléculas solo pueden interaccionar por fuerzas dipolo-dipolo, bastante más débiles.

Como hervir consiste en separar las moléculas unas de otras, el etanol exige mucha más energía y su punto de ebullición es muy superior.

$\textbf{c) Según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV), la molécula BeCl₂ presenta una geometría lineal.}$

$\textbf{Verdadera.}$

El berilio aporta solo 2 electrones de valencia y los emplea ambos en formar sendos enlaces simples con los cloros, sin que le quede ningún par no enlazante. Es una de las excepciones clásicas a la regla del octeto: se queda rodeado de únicamente 4 electrones.

Con solo dos zonas electrónicas alrededor del átomo central, la forma de separarlas al máximo es colocarlas en direcciones opuestas, a 180°:

$\mathrm{Cl-Be-Cl}$

La geometría es $\textbf{lineal}$, coherente con la hibridación $sp$ del berilio. Como consecuencia, y pese a que los enlaces Be–Cl son muy polares, sus momentos dipolares son iguales y opuestos y se cancelan: la molécula es apolar.

$\textbf{d) En valor absoluto, la energía reticular del cloruro de sodio (NaCl) es más elevada que la energía reticular del cloruro de potasio (KCl).}$

$\textbf{Verdadera.}$

La energía reticular mide la fuerza con que se mantienen unidos los iones en el cristal, y depende sobre todo de dos factores, según la expresión de Born-Landé:

$|U| \propto \dfrac{|z_+ \cdot z_-|}{r_+ + r_-}$

Las cargas son las mismas en ambos compuestos, $+1$ y $-1$, y el anión también es el mismo, el cloruro. Lo único que cambia es el catión.

El sodio y el potasio pertenecen al mismo grupo, pero el potasio está un periodo por debajo y tiene una capa electrónica más, así que su radio iónico es mayor:

$r(\mathrm{Na^+}) < r(\mathrm{K^+})$

Al ser menor la distancia entre los centros de los iones en el NaCl, la atracción electrostática es más intensa y su energía reticular resulta mayor en valor absoluto. Eso se refleja en las propiedades: el NaCl funde a 801 °C y el KCl a 770 °C.