Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2021

Considerando las siguientes moléculas: $\text{CO}_2$ y $\text{NCl}_3$.

a) Represente sus estructuras de Lewis. (0,5 puntos)

b) Prediga su geometría según la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV) e indique el valor previsible del ángulo de enlace. (1 punto)

c) Razone si cada una de esas moléculas será polar o apolar. (0,5 puntos)

$\textbf{a) Represente sus estructuras de Lewis. (0,5 puntos)}$

Se cuentan los electrones de valencia de cada átomo y se reparten formando enlaces hasta completar los octetos.

$\mathrm{CO_2}$: el carbono es $[\mathrm{He}]\,2s^2\,2p^2$ y tiene 4 electrones de valencia; cada oxígeno es $[\mathrm{He}]\,2s^2\,2p^4$ y tiene 6. El carbono comparte sus cuatro electrones, dos con cada oxígeno, formando dos enlaces dobles; a cada oxígeno le quedan dos pares no enlazantes.



$\mathrm{NCl_3}$: el nitrógeno es $[\mathrm{He}]\,2s^2\,2p^3$, con 5 electrones de valencia. Comparte tres, uno con cada cloro, y le queda un par no enlazante; cada cloro conserva tres pares sin compartir.



$\textbf{b) Prediga su geometría según la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV) e indique el valor previsible del ángulo de enlace. (1 punto)}$

La TRPECV separa al máximo las zonas de densidad electrónica del átomo central. Un enlace doble cuenta como una sola zona, igual que uno simple.

$\mathrm{CO_2}$: el carbono tiene dos zonas, los dos dobles enlaces, y ningún par libre. Dos zonas se separan al máximo colocándose opuestas, de modo que la geometría es lineal:

$\widehat{\mathrm{O}\text{-}\mathrm{C}\text{-}\mathrm{O}} = 180^\circ$

$\mathrm{NCl_3}$: el nitrógeno tiene cuatro zonas, tres enlazantes y un par libre. Los pares se disponen en tetraedro, pero la geometría molecular, que solo mira dónde están los átomos, es una pirámide trigonal.

El ángulo de partida sería el del tetraedro, 109,5°, pero el par no enlazante ocupa más espacio que los enlazantes y comprime algo los enlaces:

$\widehat{\mathrm{Cl}\text{-}\mathrm{N}\text{-}\mathrm{Cl}} \approx 107^\circ$

$\textbf{c) Razone si cada una de esas moléculas será polar o apolar. (0,5 puntos)}$

En ambas los enlaces son polares, porque hay diferencia de electronegatividad entre los átomos. Lo que decide la polaridad de la molécula es si esos momentos dipolares se cancelan al sumarlos como vectores, y eso depende de la geometría.

$\mathrm{CO_2}$: los dos enlaces son idénticos y apuntan en direcciones opuestas, a 180°. Su suma vectorial es nula:

$\mu(\mathrm{CO_2}) = 0$

La molécula es apolar, pese a tener los enlaces más polares de las dos.

$\mathrm{NCl_3}$: la pirámide no es simétrica, porque en lugar del cuarto enlace hay un par no enlazante. Los tres momentos tienen componente en la dirección del eje de la pirámide y no se anulan:

$\mu(\mathrm{NCl_3}) \neq 0$

La molécula es polar. El contraste entre ambas es justo lo que se pregunta: tener enlaces polares no basta, hace falta además que la geometría sea asimétrica.