Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2023

Para las moléculas sulfuro de dihidrógeno [sulfuro de hidrógeno] y diclorometano:

a) Dé sus estructuras de Lewis e indique si existen pares de electrones no compartidos en el átomo central. (0,5 puntos)

b) Razone cuál será la geometría de estas dos moléculas. (0,5 puntos)

c) Justifique la polaridad de ambas moléculas. (0,5 puntos)

d) Nombre o formule los siguientes compuestos: (0,5 puntos)

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

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

d.3) $\text{HClO}_3$

d.4) Tetrahidruro de estaño [hidruro de estaño (IV)]

d.5) Yodato de potasio [trioxidoyodato de potasio]

Datos: números atómicos ($Z$): $\text{S} = 16$; $\text{H} = 1$; $\text{Cl} = 17$; $\text{C} = 6$.

$\textbf{a) Dé sus estructuras de Lewis e indique si existen pares de electrones no compartidos en el átomo central. (0,5 puntos)}$

De los números atómicos se deducen los electrones de valencia: el hidrógeno ($Z = 1$) tiene 1, el carbono ($Z = 6$) tiene 4, el azufre ($Z = 16$) tiene 6 y el cloro ($Z = 17$) tiene 7.

$\textbf{Sulfuro de dihidrógeno}$, $\mathrm{H_2S}$: se dispone de $6 + 2 \cdot 1 = 8$ electrones de valencia. El azufre emplea dos de los suyos en formar dos enlaces simples con los hidrógenos y $\textbf{le sobran dos pares no enlazantes}$. Es la misma estructura que la del agua.

$\textbf{Diclorometano}$, $\mathrm{CH_2Cl_2}$: se dispone de $4 + 2 \cdot 1 + 2 \cdot 7 = 20$ electrones. El carbono emplea sus cuatro electrones de valencia en cuatro enlaces simples, dos con hidrógenos y dos con cloros, y $\textbf{no le queda ningún par sin compartir}$; cada cloro conserva tres pares libres.

$\textbf{b) Razone cuál será la geometría de estas dos moléculas. (0,5 puntos)}$

Según el modelo de repulsión de los pares de la capa de valencia, todos los pares que rodean al átomo central se separan lo máximo posible.

$\mathrm{H_2S}$: cuatro pares en total, dos enlazantes y dos libres. Los pares se orientan hacia los vértices de un tetraedro, pero la geometría $\textbf{molecular}$, que solo mira dónde están los átomos, es $\textbf{angular}$. Los dos pares no enlazantes ocupan más espacio y comprimen el ángulo H–S–H bastante por debajo de los 109,5° del tetraedro.

$\mathrm{CH_2Cl_2}$: cuatro pares enlazantes y ninguno libre. La geometría es $\textbf{tetraédrica}$, con ángulos próximos a 109,5°; no exactamente iguales, porque los sustituyentes no son todos del mismo tamaño.

$\textbf{c) Justifique la polaridad de ambas moléculas. (0,5 puntos)}$

$\mathrm{H_2S}$: el azufre es más electronegativo que el hidrógeno, de modo que los enlaces S–H son polares, aunque poco. La forma angular impide que los dos momentos se anulen, y además los dos pares no enlazantes del azufre concentran densidad electrónica en un lado de la molécula. Es, por tanto, $\textbf{polar}$, si bien su momento dipolar es menor que el del agua, porque la diferencia de electronegatividad S–H es pequeña.

$\mathrm{CH_2Cl_2}$: aquí la geometría es tetraédrica, pero eso no basta para que la molécula sea apolar. La cancelación de los momentos solo se produce cuando los cuatro sustituyentes son iguales, y aquí hay dos hidrógenos y dos cloros. Los enlaces C–Cl son mucho más polares que los C–H, así que la resultante apunta hacia el lado de los cloros y no se anula: la molécula es $\textbf{polar}$.

La comparación con el $\mathrm{CCl_4}$ es ilustrativa: mismo tetraedro y enlaces igual de polares, pero al ser los cuatro sustituyentes idénticos aquella molécula sí es apolar.

$\textbf{d) Nombre o formule los siguientes compuestos: (0,5 puntos)}$

$\textbf{d.1)}$ $\mathrm{Na_2SO_4}$ — $\textbf{sulfato de sodio}$. Dos cationes $\mathrm{Na^+}$ compensan un anión $\mathrm{SO_4^{2-}}$.

$\textbf{d.2)}$ $\mathrm{ZnBr_2}$ — $\textbf{bromuro de zinc}$, o dibromuro de zinc. El zinc actúa siempre con $+2$.

$\textbf{d.3)}$ $\mathrm{HClO_3}$ — $\textbf{ácido clórico}$. La terminación -ico corresponde al cloro actuando con $+5$.

$\textbf{d.4)}$ Tetrahidruro de estaño [hidruro de estaño (IV)] — $\mathrm{SnH_4}$. El estaño actúa con $+4$ y el hidrógeno, frente a un metal, con $-1$.

$\textbf{d.5)}$ Yodato de potasio [trioxidoyodato de potasio] — $\mathrm{KIO_3}$. El anión yodato es el $\mathrm{IO_3^-}$, con el yodo actuando con $+5$.