Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2022

Para las moléculas dicloruro de oxígeno y trifluoruro de fósforo [fluoruro de fósforo (III)]:

a) Escriba sus estructuras de Lewis y razone cuál sería su geometría molecular. (1 punto)

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

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

c.1) $\text{MgCO}_3$

c.2) $\text{OBr}_2$

c.3) $\text{H}_2\text{SO}_3$

c.4) Hidruro de níquel (III) [trihidruro de níquel]

c.5) Hidróxido de estaño (IV) [tetrahidróxido de estaño]

Datos: números atómicos ($Z$): $\text{F} = 9$; $\text{O} = 8$; $\text{P} = 15$; $\text{Cl} = 17$.

$\textbf{a) Escriba sus estructuras de Lewis y razone cuál sería su geometría molecular. (1 punto)}$

De los números atómicos se deducen los electrones de valencia: el oxígeno ($Z = 8$) tiene 6, el cloro ($Z = 17$) tiene 7, el fósforo ($Z = 15$) tiene 5 y el flúor ($Z = 9$) tiene 7.

$\textbf{Dicloruro de oxígeno}$, $\mathrm{OCl_2}$: se dispone de $6 + 2 \cdot 7 = 20$ electrones de valencia. El oxígeno central emplea dos de los suyos en formar dos enlaces simples con los cloros y $\textbf{le sobran dos pares no enlazantes}$; cada cloro conserva tres pares libres.

Alrededor del oxígeno hay cuatro pares en total, dos enlazantes y dos libres. Según el modelo de repulsión de los pares de la capa de valencia 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 Cl–O–Cl por debajo de los 109,5° del tetraedro.

$\textbf{Trifluoruro de fósforo}$, $\mathrm{PF_3}$: se dispone de $5 + 3 \cdot 7 = 26$ electrones. El fósforo forma tres enlaces simples y $\textbf{le sobra un par no enlazante}$; cada flúor conserva tres.

Hay cuatro pares alrededor del fósforo, tres enlazantes y uno libre: la disposición es tetraédrica y la geometría molecular, una $\textbf{pirámide trigonal}$, con el ángulo F–P–F algo menor de 109,5° por la misma razón.

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

Una molécula es polar si la suma vectorial de los momentos dipolares de sus enlaces no se anula, lo que depende a la vez de la polaridad de los enlaces y de la simetría de la geometría.

$\mathrm{OCl_2}$: el oxígeno es más electronegativo que el cloro, así que los enlaces O–Cl son polares, aunque no mucho, porque ambos elementos son bastante electronegativos. La forma angular impide que los dos momentos se cancelen, y además los dos pares no enlazantes del oxígeno concentran densidad electrónica en un lado. La molécula es $\textbf{polar}$.

$\mathrm{PF_3}$: los enlaces P–F son muy polares, porque el flúor es el elemento más electronegativo de todos. La disposición piramidal no permite la cancelación, y la resultante se refuerza con el par no enlazante del fósforo. La molécula es también $\textbf{polar}$, y con un momento dipolar mayor que la anterior.

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

$\textbf{c.1)}$ $\mathrm{MgCO_3}$ — $\textbf{carbonato de magnesio}$. Catión $\mathrm{Mg^{2+}}$ y anión $\mathrm{CO_3^{2-}}$, ambos divalentes.

$\textbf{c.2)}$ $\mathrm{OBr_2}$ — $\textbf{dibromuro de oxígeno}$. Al ser el oxígeno más electronegativo que el bromo, hoy se prefiere escribirlo $\mathrm{Br_2O}$ y nombrarlo óxido de dibromo.

$\textbf{c.3)}$ $\mathrm{H_2SO_3}$ — $\textbf{ácido sulfuroso}$. La terminación -oso corresponde al azufre actuando con $+4$, frente al $+6$ del sulfúrico.

$\textbf{c.4)}$ Hidruro de níquel (III) [trihidruro de níquel] — $\mathrm{NiH_3}$. El níquel actúa con $+3$ y el hidrógeno, frente a un metal, con $-1$.

$\textbf{c.5)}$ Hidróxido de estaño (IV) [tetrahidróxido de estaño] — $\mathrm{Sn(OH)_4}$. Cuatro hidroxilos exigen que el estaño actúe con $+4$.