Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2024

Dadas las siguientes moléculas: dióxido de carbono y difluoruro de oxígeno.

a) Represente el diagrama de Lewis de cada una de las moléculas e indique si presentan pares de electrones no compartidos en el átomo central en cada una de ellas. (0,5 puntos)

b) Indique y justifique la geometría de cada una las moléculas. (0,5 puntos)

c) Indique y justifique la polaridad de cada una de las moléculas. (0,5 puntos)

d) Formule o nombre, según corresponda: (0,5 puntos)

d.1) $\text{Na}_2\text{HPO}_4$

d.2) $\text{CaO}_2$

d.3) Heptaoxidodicromato de potasio [dicromato de potasio]

d.4) Óxido de selenio (VI) [trióxido de selenio]

d.5) Cloruro de amonio

Datos: $Z(\text{C}) = 6$; $Z(\text{F}) = 9$; $Z(\text{O}) = 8$.

$\textbf{a) Represente el diagrama de Lewis de cada una de las moléculas e indique si presentan pares de electrones no compartidos en el átomo central en cada una de ellas. (0,5 puntos)}$

De los números atómicos se deducen los electrones de valencia: el carbono ($Z = 6$) tiene 4, el oxígeno ($Z = 8$) tiene 6 y el flúor ($Z = 9$) tiene 7.

$\textbf{Dióxido de carbono}$, $\mathrm{CO_2}$: se dispone de $4 + 2 \cdot 6 = 16$ electrones de valencia. Con enlaces simples el carbono se quedaría con solo cuatro electrones, así que forma un doble enlace con cada oxígeno:

$\mathrm{O{=}C{=}O}$

El carbono completa su octeto con cuatro pares enlazantes y $\textbf{no le queda ningún par no compartido}$; cada oxígeno conserva dos pares libres.

$\textbf{Difluoruro de oxígeno}$, $\mathrm{OF_2}$: se dispone de $6 + 2 \cdot 7 = 20$ electrones. El oxígeno central emplea dos de sus seis electrones de valencia en formar dos enlaces simples y $\textbf{le sobran dos pares no enlazantes}$; cada flúor conserva tres.

$\textbf{b) Indique y justifique la geometría de cada una las moléculas. (0,5 puntos)}$

Se aplica el modelo de repulsión de los pares de la capa de valencia. Cuentan todas las zonas de densidad electrónica alrededor del átomo central, y un doble enlace cuenta como una sola zona.

$\mathrm{CO_2}$: dos zonas de enlace y ningún par libre. Dos direcciones se separan al máximo colocándose opuestas, así que la molécula es $\textbf{lineal}$, con un ángulo O–C–O de 180°.

$\mathrm{OF_2}$: cuatro zonas en total, dos enlazantes y dos ocupadas por pares libres. La disposición de los pares es tetraédrica, pero la geometría $\textbf{molecular}$, que solo mira dónde están los átomos, es $\textbf{angular}$. Los dos pares libres ocupan más espacio que los enlazantes y comprimen el ángulo F–O–F bastante por debajo de los 109,5° del tetraedro, en torno a 103°.

$\textbf{c) Indique y justifique la polaridad de cada una de las moléculas. (0,5 puntos)}$

En ambas los enlaces son polares, así que lo que decide es la geometría.

$\mathrm{CO_2}$: los enlaces C=O son muy polares, porque el oxígeno es mucho más electronegativo que el carbono. Pero los dos son idénticos y apuntan en direcciones exactamente opuestas, al ser la molécula lineal y simétrica, de modo que sus momentos dipolares se cancelan. La molécula es $\textbf{apolar}$.

$\mathrm{OF_2}$: el flúor es más electronegativo que el oxígeno, así que los enlaces O–F son polares, con el par compartido desplazado hacia el flúor. La forma angular impide la cancelación: los dos momentos tienen una resultante no nula. La molécula es $\textbf{polar}$.

Merece la pena fijarse en que el $\mathrm{OF_2}$ tiene la misma forma que el agua pero la polaridad orientada al revés, porque aquí el oxígeno es el átomo menos electronegativo de los dos.

$\textbf{d) Formule o nombre, según corresponda: (0,5 puntos)}$

$\textbf{d.1)}$ $\mathrm{Na_2HPO_4}$ — $\textbf{hidrogenofosfato de sodio}$, o hidrogeno(tetraoxidofosfato) de disodio. Sal ácida del ácido fosfórico con dos de sus tres hidrógenos sustituidos.

$\textbf{d.2)}$ $\mathrm{CaO_2}$ — $\textbf{peróxido de calcio}$. Contiene el grupo peroxo $\mathrm{O_2^{2-}}$, con el oxígeno actuando con $-1$; no es el óxido, que sería CaO.

$\textbf{d.3)}$ Heptaoxidodicromato de potasio [dicromato de potasio] — $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$. El anión $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$ lleva el cromo con número de oxidación $+6$.

$\textbf{d.4)}$ Óxido de selenio (VI) [trióxido de selenio] — $\mathrm{SeO_3}$. El selenio actúa con $+6$ frente a tres oxígenos con $-2$.

$\textbf{d.5)}$ Cloruro de amonio — $\mathrm{NH_4Cl}$. Catión amonio y anión cloruro, ambos monovalentes.