Ejercicio resuelto de Estructura de Lewis · Química · 2022

a) Deduzca y represente la estructura de Lewis de la molécula de ${\text{SF}}_2$, e indique, justificándolo en base a su geometría molecular deducida según la TRPECV, si se trata de una molécula polar o apolar. [1,0 punto]

Datos: $\text{S }(Z=16)$; $\text{F }(Z=9)$. Valores de la electronegatividad: $\chi (\text{S})=\mathrm{2,58}$; $\chi (\text{F})=\mathrm{3,98}$.

b) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos $\text{F}$ y $\text{Na}$ e indique a qué bloque y periodo de la tabla periódica pertenece cada uno de ellos. Ordene, de forma razonada, los dos elementos, $\text{F}$ y $\text{Na}$, de mayor a menor radio atómico. [1,0 punto]

Datos: $\text{F }(Z=9)$; $\text{Na }(Z=11)$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Deduzca}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{represente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Lewis}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{SF₂,}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique,}}\mathbf{\text{justific}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndolo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{base}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{deducida}}\mathbf{\text{seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{TRPECV,}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{trata}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{polar}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{apolar.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

Se cuentan los electrones de valencia. El azufre ($Z=16$, configuración $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4$) aporta 6, y cada flúor ($Z=9$, $1s^{2}2s^{2}2p^5$) aporta 7:

$6+2\cdot 7=20\text{ electrones}=10\text{ pares}$

Dos de esos pares son los enlaces simples S–F; de los ocho restantes, tres van a cada flúor como pares no enlazantes y los $\mathbf{\text{dos}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{ltimos}}\mathbf{\text{quedan}}\mathbf{\text{sobre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{azufre}}$. Así los tres átomos completan el octeto.



Para la geometría, la TRPECV cuenta todas las zonas alrededor del átomo central, enlazantes y no enlazantes, porque todas se repelen. Sobre el azufre hay cuatro: dos enlaces y dos pares libres. Cuatro zonas se disponen en tetraedro, pero la geometría $\mathbf{\text{molecular}}$ —la que dibujan los átomos— es $\mathbf{\text{angular}}$. Y como los pares no enlazantes ocupan más espacio que los enlazantes, el ángulo F–S–F queda por debajo de los 109,5° tetraédricos (en la molécula real, unos 98°).

En cuanto a la polaridad, hay que mirar dos cosas. Los $\mathbf{\text{enlaces}}$ son claramente polares:

$\mathrm{\Delta }\chi =\mathrm{3,98}-\mathrm{2,58}=\mathrm{1,40}$

y el par compartido se desplaza hacia el flúor. Pero eso no basta: el momento dipolar es un vector y hay que sumar los de los dos enlaces. Al estar la molécula $\mathbf{\text{doblada}}$, los dos vectores no se enfrentan y su suma no se anula, sino que da un vector resultante que apunta desde el azufre hacia el punto medio de los dos flúores. La molécula es, por tanto, $\mathbf{\text{polar}}$.

Conviene contrastarlo con el $\mathrm{B}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_2$, que también es $\mathrm{X}{\mathrm{F}}_2$ pero no tiene pares libres sobre el átomo central: es lineal, y en él los dos momentos sí se cancelan. Lo que decide la polaridad no es la fórmula, sino la geometría.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{configuraciones}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{F}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Na}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{bloque}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{peri}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{dica}}\mathbf{\text{pertenece}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos.}}\mathbf{\text{Ordene,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{razonada,}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{elementos,}}\mathbf{\text{F}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Na,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

$\mathrm{F}(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5$

Su última subcapa ocupada es una $p$, luego pertenece al $\mathbf{\text{bloque}}\mathbf{\text{p}}$; y su capa de valencia es la segunda, luego al $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{2}}$. Con siete electrones de valencia está en el grupo 17.

$\mathrm{N}\mathrm{a}(Z=11):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^1$

Su última subcapa ocupada es una $s$, luego pertenece al $\mathbf{\text{bloque}}\mathbf{\text{s}}$; y su capa de valencia es la tercera, luego al $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3}}$. Con un electrón de valencia está en el grupo 1.

Para el radio hay dos factores, y aquí los dos apuntan en el mismo sentido:

$\mathbf{\text{Capa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{valencia.}}$ El sodio tiene su electrón externo en la capa $n=3$ y el flúor en la $n=2$. Una capa más significa un orbital sensiblemente más extenso.

$\mathbf{\text{Carga}}\mathbf{\text{nuclear}}\mathbf{\text{efectiva.}}$ El electrón $3s$ del sodio está apantallado por los diez electrones de las capas interiores, que son muy eficaces apantallando; el electrón externo del flúor solo lo está por los dos de la $1s$, y los de su propia capa apenas contribuyen. La carga nuclear efectiva es mucho menor en el sodio, y su nube electrónica queda más suelta.

Por tanto:

$r(\mathrm{N}\mathrm{a})>r(\mathrm{F})$

Los valores experimentales lo confirman con holgura: 186 pm frente a 71 pm, más del doble. Y no es casual que sea así en toda la tabla: el radio atómico crece hacia la izquierda y hacia abajo, y el sodio está a la vez a la izquierda y por debajo del flúor.