Ejercicio resuelto de Estructura de Lewis · Química · 2024

a) Escriba las estructuras de Lewis y describa la geometría de las siguientes moléculas usando la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV): $\text{BeCl}_2$, $\text{PF}_5$, $\text{N}_2$ y $\text{CCl}_4$. [1 punto]

b) Describa la hibridación de los átomos de carbono de la molécula de eteno, $\text{C}_2\text{H}_4$, y de la molécula de metano, $\text{CH}_4$. [1 punto]

$\textbf{a) Escriba las estructuras de Lewis y describa la geometría de las siguientes moléculas usando la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV): BeCl₂, PF₅, N₂ y CCl₄. [1 punto]}$



$\mathrm{BeCl_2}$: el berilio aporta 2 electrones de valencia y cada cloro 7. El berilio forma dos enlaces simples y no le queda ningún par libre, de modo que se queda con solo 4 electrones a su alrededor: es una excepción al octeto por defecto. Con dos zonas de enlace y ningún par libre, la geometría es $\textbf{lineal}$, con un ángulo de 180°.

$\mathrm{PF_5}$: el fósforo aporta 5 electrones y los emplea en cinco enlaces, sin pares libres. Queda rodeado de 10 electrones, excepción al octeto por exceso que puede darse porque el fósforo es del tercer periodo. Cinco zonas de enlace dan una $\textbf{bipirámide trigonal}$: tres flúores ecuatoriales a 120° y dos axiales a 90° de ese plano.

$\mathrm{N_2}$: cada nitrógeno aporta 5 electrones. Comparten tres pares, formando un triple enlace, y a cada uno le queda un par no enlazante. Así los dos completan el octeto. Al haber solo dos átomos, la molécula es necesariamente $\textbf{lineal}$.

$\mathrm{CCl_4}$: el carbono aporta 4 electrones y forma cuatro enlaces simples, sin pares libres; cada cloro conserva tres pares. Cuatro zonas de enlace: geometría $\textbf{tetraédrica}$, con ángulos de 109,5°.

$\textbf{b) Describa la hibridación de los átomos de carbono de la molécula de eteno, C₂H₄, y de la molécula de metano, CH₄. [1 punto]}$

La regla práctica es contar las zonas de densidad electrónica alrededor del carbono, entendiendo por zona un enlace, sencillo o múltiple, o un par libre. Ese número es el de orbitales híbridos que hacen falta.

$\textbf{Metano}$: cada carbono tiene cuatro zonas, los cuatro enlaces C–H. Mezcla el orbital $2s$ con los tres $2p$ y obtiene cuatro híbridos $\textbf{sp}^3$ equivalentes, dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. Los cuatro enlaces son $\sigma$ y los ángulos, de 109,5°.

$\textbf{Eteno}$: cada carbono tiene tres zonas, dos enlaces C–H y el doble enlace, que cuenta como una sola. Mezcla el $2s$ con dos orbitales $2p$ y obtiene tres híbridos $\textbf{sp}^2$ en un plano, a 120°. El tercer orbital $2p$ queda sin hibridar, perpendicular a ese plano.

Los híbridos $sp^2$ forman los enlaces $\sigma$: dos con hidrógenos y uno entre los dos carbonos. Los orbitales $p$ sin hibridar, paralelos entre sí, se solapan lateralmente y forman el enlace $\pi$. El doble enlace es, por tanto, uno $\sigma$ más uno $\pi$, y como el solapamiento lateral solo se mantiene si los dos planos coinciden, la molécula es plana y no puede girar en torno al doble enlace. De ahí, precisamente, que existan los isómeros geométricos.