Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · 2020

a) Escriba la configuración electrónica de los iones $\mathrm{S^{2-}}$ y $\mathrm{Cl^{2-}}$. ¿Cuál de los iones anteriores presenta mayor estabilidad? Razone la respuesta.

b) Los valores de las energías reticulares de los compuestos NaF y NaI son, respectivamente, $-910$ y $-682\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$. Justifique la diferencia entre los valores de la energía reticular de los compuestos NaF y NaI.

c) Explique la geometría de la molécula $\mathrm{H_2S}$ según la TRPECV.

$\textbf{a) Escriba la configuración electrónica de los iones S²⁻ y Cl²⁻. ¿Cuál de los iones anteriores presenta mayor estabilidad? Razone la respuesta.}$

El azufre tiene $Z = 16$, así que al ganar dos electrones el anión se queda con 18; el cloro tiene $Z = 17$, y al ganar dos se queda con 19.

$\mathrm{S^{2-}}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

$\mathrm{Cl^{2-}}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$

El más estable es, con mucha diferencia, el $\textbf{S}^{2-}$.

El sulfuro alcanza la configuración del argón, con la capa de valencia completa, que es la disposición de mínima energía y la que explica la regla del octeto.

El hipotético $\mathrm{Cl^{2-}}$, en cambio, tendría que colocar el segundo electrón en un nivel nuevo, el $4s$, rompiendo una configuración de gas noble ya alcanzada, y además hacerlo sobre una especie que ya tiene carga negativa. Es energéticamente inviable: el cloro forma el ion $\mathrm{Cl^-}$ y nunca el $\mathrm{Cl^{2-}}$.

$\textbf{b) Los valores de las energías reticulares de los compuestos NaF y NaI son, respectivamente, −910 y −682 kJ mol⁻¹. Justifique la diferencia entre los valores de la energía reticular de los compuestos NaF y NaI.}$

La energía reticular mide la intensidad con que se atraen los iones en el cristal, y depende de dos factores:

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

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

El flúor y el yodo pertenecen al mismo grupo, el 17, pero el flúor está en el periodo 2 y el yodo en el 5, tres capas electrónicas más abajo:

$r(\mathrm{F^-}) \ll r(\mathrm{I^-})$

Al ser mucho menor la distancia entre los centros de los iones en el NaF, la atracción electrostática es más intensa y su energía reticular resulta mayor en valor absoluto, $-910$ frente a $-682\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$.

Esa diferencia se traduce en las propiedades: el fluoruro de sodio funde a temperatura más alta y es menos soluble que el yoduro.

$\textbf{c) Explique la geometría de la molécula H₂S según la TRPECV.}$

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

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

Cuatro pares se disponen hacia los vértices de un tetraedro, así que esa es la geometría electrónica. Pero la geometría $\textbf{molecular}$ solo atiende a la posición de los átomos, y como dos de los cuatro vértices los ocupan pares libres, la molécula resulta $\textbf{angular}$, igual que el agua.

El ángulo H–S–H es menor que los 109,5° del tetraedro perfecto, porque los pares libres, sujetos por un solo núcleo, ocupan más espacio y comprimen los pares de enlace. De hecho en el $\mathrm{H_2S}$ esa compresión es especialmente acusada, y el ángulo se acerca a 92°.