Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · Aragón · 2021

Dadas las siguientes sustancias: $\text{CaCl}_2$, $\text{CCl}_4$, Na y $\text{SF}_6$.

a) ¿Qué tipo de enlace (iónico, covalente o metálico) está presente en estas sustancias? Justifique la respuesta. (0,6 puntos)

b) Para las moléculas anteriores que presenten enlaces covalentes, explique sus estructuras de Lewis y razone su geometría según la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV). ¿Qué puede decir sobre la polaridad de estas moléculas? (1,4 puntos)

$\textbf{a) ¿Qué tipo de enlace (iónico, covalente o metálico) está presente en estas sustancias? Justifique la respuesta. (0,6 puntos)}$

El tipo de enlace lo decide la naturaleza de los átomos que se unen y la diferencia de electronegatividad entre ellos.

$\mathrm{CaCl_2}$: une un metal alcalinotérreo con un no metal muy electronegativo. La diferencia es grande y hay transferencia de electrones, no reparto: el enlace es iónico, con $\mathrm{Ca^{2+}}$ y dos $\mathrm{Cl^-}$ en una red cristalina.

$\mathrm{CCl_4}$: carbono y cloro son ambos no metales, con electronegatividades parecidas. Comparten electrones y el enlace es covalente.

Na: átomos metálicos idénticos. Sus electrones de valencia se deslocalizan formando una nube que envuelve a los cationes ordenados en la red; el enlace es metálico.

$\mathrm{SF_6}$: de nuevo dos no metales, así que el enlace es covalente.

$\textbf{b) Para las moléculas anteriores que presenten enlaces covalentes, explique sus estructuras de Lewis y razone su geometría según la TRPECV. ¿Qué puede decir sobre la polaridad de estas moléculas? (1,4 puntos)}$

Las covalentes son el $\mathrm{CCl_4}$ y el $\mathrm{SF_6}$.

$\mathrm{CCl_4}$: el carbono es $[\mathrm{He}]\,2s^2\,2p^2$ y tiene 4 electrones de valencia; cada cloro es $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^5$ y tiene 7. El carbono comparte sus cuatro electrones, uno con cada cloro, formando cuatro enlaces simples y sin que le quede ningún par libre; cada cloro conserva tres pares no enlazantes.

Con cuatro zonas de densidad electrónica alrededor del carbono y ningún par libre, la repulsión se minimiza en una disposición tetraédrica, con ángulos de 109,5°. Al no haber pares libres que ocultar, la geometría electrónica y la molecular coinciden.

$\mathrm{SF_6}$: el azufre es $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^4$, con 6 electrones de valencia, y los emplea todos en enlazar con los seis flúor. Es una excepción al octeto —queda rodeado de doce electrones, algo que puede permitirse por disponer de orbitales $3d$—, y no le queda ningún par no enlazante; cada flúor conserva tres.

Seis zonas de enlace se separan al máximo situándose en los vértices de un octaedro, así que la geometría es octaédrica, con ángulos de 90° entre enlaces contiguos.

Sobre la polaridad, en ambos casos los enlaces son polares, porque el cloro y el flúor son más electronegativos que el átomo central y el par compartido se desplaza hacia ellos. Pero la molécula solo es polar si esos momentos no se cancelan al sumarlos como vectores, y aquí las dos geometrías son perfectamente simétricas:

$\mu(\mathrm{CCl_4}) = 0 \qquad \mu(\mathrm{SF_6}) = 0$

Las dos moléculas son apolares. Es el mismo fenómeno en los dos: enlaces muy polares y molécula apolar, porque el tetraedro y el octaedro reparten los enlaces de forma que sus contribuciones se anulan por pares.