Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2022

Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

a) Las moléculas $\text{AlCl}_3$ y $\text{PCl}_3$ tienen la misma geometría y las dos son polares. (1 punto)

b) El anión $\text{S}^{2-}$ tiene un radio iónico menor que el del anión $\text{Cl}^-$. (0,5 puntos)

c) Las siguientes especies son isoelectrónicas: $\text{K}^+$, Ar y $\text{Cl}^-$. (0,5 puntos)

$\textbf{a) Las moléculas AlCl₃ y PCl₃ tienen la misma geometría y las dos son polares. (1 punto)}$

Falsa, y en las dos cosas que afirma. Todo depende de cuántos pares rodean al átomo central.

$\mathrm{AlCl_3}$: el aluminio es $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^1$ y tiene 3 electrones de valencia, que emplea íntegramente en los tres enlaces. No le queda ningún par libre, así que hay tres zonas alrededor del aluminio y se separan al máximo en un plano, a 120°: la geometría es trigonal plana.

$\mathrm{PCl_3}$: el fósforo es $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^3$, con 5 electrones de valencia. Usa tres en los enlaces y le sobra un par no enlazante, de modo que hay cuatro zonas. Los pares se disponen en tetraedro y la geometría molecular, que solo mira dónde están los átomos, es una pirámide trigonal.

Las geometrías no coinciden, y la polaridad tampoco. Los enlaces son polares en ambas, pero hay que sumar los momentos dipolares como vectores:

$\mu(\mathrm{AlCl_3}) = 0$, porque los tres enlaces son idénticos y están a 120° en un plano: su suma vectorial se anula y la molécula es apolar.

$\mu(\mathrm{PCl_3}) \neq 0$, porque el par libre rompe la simetría y los tres momentos tienen componente en la dirección del eje de la pirámide: la molécula es polar.

$\textbf{b) El anión S²⁻ tiene un radio iónico menor que el del anión Cl⁻. (0,5 puntos)}$

Falsa: lo tiene mayor.

Los dos iones son isoelectrónicos, con 18 electrones y la configuración del argón, así que la nube electrónica es la misma en ambos y lo único que los distingue es la carga del núcleo que tira de ella.

$\mathrm{S}\ (Z = 16) \qquad \mathrm{Cl}\ (Z = 17)$

El cloro tiene un protón más, atrae con más fuerza a esos 18 electrones y los contrae. El $\mathrm{Cl^-}$ es, por tanto, el más pequeño de los dos, y el $\mathrm{S^{2-}}$ el mayor.

$\textbf{c) Las siguientes especies son isoelectrónicas: K⁺, Ar y Cl⁻. (0,5 puntos)}$

Verdadera. Basta escribir las tres configuraciones:

$\mathrm{K}\ (Z = 19): 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1 \quad \Rightarrow \quad \mathrm{K^+}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

$\mathrm{Ar}\ (Z = 18): 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

$\mathrm{Cl}\ (Z = 17): 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 \quad \Rightarrow \quad \mathrm{Cl^-}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

Las tres especies tienen 18 electrones y exactamente la misma configuración, luego son isoelectrónicas. Sus radios, en cambio, no coinciden, porque las cargas nucleares son distintas: crece del $\mathrm{K^+}$ al $\mathrm{Cl^-}$.