Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · Aragón · 2024

Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) En un átomo, el número máximo de electrones que pueden tener un valor de 3 en su número cuántico principal ($n$) es 8. (0,5 puntos)

b) Una disolución acuosa de KI es capaz de conducir la corriente eléctrica. (0,5 puntos)

c) En la molécula de $\text{NH}_3$ el nitrógeno tiene dos pares de electrones no compartidos, por lo que la geometría de la molécula es trigonal plana. (0,5 puntos)

d) La hibridación del átomo de B de la molécula de $\text{BCl}_3$ es $sp^2$. (0,5 puntos)

$\textbf{a) En un átomo, el número máximo de electrones que pueden tener un valor de 3 en su número cuántico principal (n) es 8. (0,5 puntos)}$

Falsa. Fijado $n = 3$, el número cuántico secundario puede tomar los valores $l = 0,\ 1,\ 2$, que corresponden a los subniveles $s$, $p$ y $d$. Cada uno aporta sus orbitales, y en cada orbital caben dos electrones:

$s:\ 1\ \text{orbital} \rightarrow 2\ e^-$

$p:\ 3\ \text{orbitales} \rightarrow 6\ e^-$

$d:\ 5\ \text{orbitales} \rightarrow 10\ e^-$

$2 + 6 + 10 = 18\ e^-$

El máximo es 18, no 8. En general son $2n^2$ electrones, que para $n = 3$ da justamente 18. El error habitual es confundir esta cuenta con la regla del octeto, que se refiere a la capa de valencia.

$\textbf{b) Una disolución acuosa de KI es capaz de conducir la corriente eléctrica. (0,5 puntos)}$

Verdadera. El yoduro de potasio es un sólido iónico: en estado sólido sus iones están fijos en los nudos de la red cristalina y, aunque hay cargas, no pueden desplazarse, de modo que no conduce.

Al disolverlo en agua la red se rompe y los iones quedan libres y rodeados de moléculas de disolvente:

$\mathrm{KI(s)} \rightarrow \mathrm{K^+(ac)} + \mathrm{I^-(ac)}$

Esos iones móviles son los portadores de carga, así que la disolución sí conduce la corriente. Lo mismo ocurriría con la sal fundida.

$\textbf{c) En la molécula de NH₃ el nitrógeno tiene dos pares de electrones no compartidos, por lo que la geometría de la molécula es trigonal plana. (0,5 puntos)}$

Falsa, y por partida doble. La configuración del nitrógeno es $[\mathrm{He}]\,2s^2\,2p^3$, con cinco electrones de valencia: emplea tres en los enlaces con los hidrógenos y le queda un solo par no enlazante, no dos.

Alrededor del nitrógeno hay entonces cuatro pares en total. Al separarse al máximo adoptan una disposición tetraédrica, y como uno de los vértices lo ocupa el par libre, la geometría molecular es una pirámide trigonal, no una figura plana.

$\textbf{d) La hibridación del átomo de B de la molécula de BCl₃ es sp². (0,5 puntos)}$

Verdadera. La configuración del boro es:

$\mathrm{B}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^1$

Con un único electrón desapareado no podría formar tres enlaces, así que uno de los electrones del $2s$ promociona a un orbital $2p$ vacío y quedan tres electrones desapareados.

Para que los tres enlaces B–Cl resulten equivalentes, el orbital $2s$ se combina con dos orbitales $2p$ y se obtienen tres híbridos $sp^2$, dirigidos hacia los vértices de un triángulo equilátero. De ahí la geometría trigonal plana de la molécula, con ángulos de 120°.