Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2021

Para las moléculas triyoduro de arsénico [yoduro de arsénico (III)] y tetrafluoruro de silicio [fluoruro de silicio (IV)]:

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

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

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

c.1) ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$

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

c.3) ${\text{HNO}}_3$

c.4) Tetrahidruro de silicio [hidruro de silicio (IV)]

c.5) Dihidróxido de níquel [hidróxido de níquel (II)]

Datos: números atómicos ($Z$): $\text{I}=53$; $\text{As}=33$; $\text{F}=9$; $\text{Si}=14$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{estructuras}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Lewis}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{razone}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{molecular.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

De los números atómicos se deducen los electrones de valencia: el arsénico ($Z=33$, que termina en $4s^{2}3d^{10}4p^3$) tiene 5, el yodo ($Z=53$) tiene 7, el silicio ($Z=14$) tiene 4 y el flúor ($Z=9$) tiene 7.

$\mathbf{\text{Triyoduro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ars}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nico}}$, $\mathrm{A}\mathrm{s}{\mathrm{I}}_3$: se dispone de $5+3\cdot 7=26$ electrones de valencia. El arsénico forma tres enlaces simples, uno con cada yodo, y $\mathbf{\text{le}}\mathbf{\text{sobra}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{par}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{enlazante}}$; cada yodo conserva tres pares libres.

Hay, por tanto, cuatro pares alrededor del arsénico. Según el modelo de repulsión de los pares de la capa de valencia se orientan hacia los vértices de un tetraedro, pero la geometría $\mathbf{\text{molecular}}$, que solo mira dónde están los átomos, es una $\mathbf{\text{pir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mide}}\mathbf{\text{trigonal}}$. El par no enlazante ocupa más espacio y comprime el ángulo I–As–I por debajo de los 109,5°.

$\mathbf{\text{Tetrafluoruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{silicio}}$, $\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_4$: se dispone de $4+4\cdot 7=32$ electrones. El silicio emplea sus cuatro electrones de valencia en cuatro enlaces simples y no le queda ningún par sin compartir; cada flúor conserva tres.

Con cuatro pares enlazantes y ninguno libre, la geometría electrónica y la molecular coinciden: es $\mathbf{\text{tetra}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{drica}}$, con ángulos F–Si–F de 109,5°.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{polaridad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ambas}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_4$: cada enlace Si–F es muy polar, porque el flúor es el elemento más electronegativo y el silicio uno de los menos. Pero los cuatro son idénticos y el tetraedro es perfectamente simétrico, de modo que la suma vectorial de sus momentos dipolares es nula. La molécula es $\mathbf{\text{apolar}}$.

$\mathrm{A}\mathrm{s}{\mathrm{I}}_3$: los enlaces As–I son poco polares, porque las electronegatividades de ambos elementos son parecidas. Aun así, la molécula es $\mathbf{\text{polar}}$: la forma piramidal impide que los tres momentos se anulen, y sobre todo el par no enlazante del arsénico concentra densidad electrónica en el vértice de la pirámide. Su momento dipolar es pequeño, pero no nulo.

El contraste entre ambas es lo que interesa: el $\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_4$ tiene enlaces muy polares y es apolar, y el $\mathrm{A}\mathrm{s}{\mathrm{I}}_3$ los tiene poco polares y es polar. Manda la geometría.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{y/o}}\mathbf{\text{formule}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{compuestos:}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{c.1)}}$ $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3$ — $\mathbf{\text{carbonato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio}}$. Dos cationes sodio compensan un anión $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3^{2-}$.

$\mathbf{\text{c.2)}}$ $\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ — $\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cobre(II)}}$, o dicloruro de cobre.

$\mathbf{\text{c.3)}}$ $\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$ — $\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{trico}}$. El nitrógeno actúa con $+5$.

$\mathbf{\text{c.4)}}$ Tetrahidruro de silicio [hidruro de silicio (IV)] — $\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{H}}_4$. Es el silano, análogo del metano.

$\mathbf{\text{c.5)}}$ Dihidróxido de níquel [hidróxido de níquel (II)] — $\mathrm{N}\mathrm{i}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_2$. Dos hidroxilos compensan la carga $+2$ del níquel.