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: $\chi(\text{S}) = 2{,}58$; $\chi(\text{F}) = 3{,}98$.

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

$\textbf{a) Deduzca y represente la estructura de Lewis de la molécula de SF₂, e indique, justificándolo en base a su geometría molecular deducida según la TRPECV, si se trata de una molécula polar o apolar. [1,0 punto]}$

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 $\textbf{dos últimos quedan sobre el azufre}$. 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 $\textbf{molecular}$ —la que dibujan los átomos— es $\textbf{angular}$. 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 $\textbf{enlaces}$ son claramente polares:

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

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 $\textbf{doblada}$, 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, $\textbf{polar}$.

Conviene contrastarlo con el $\mathrm{BeF_2}$, que también es $\mathrm{XF_2}$ 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.

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

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

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

$\mathrm{Na}\ (Z = 11): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$

Su última subcapa ocupada es una $s$, luego pertenece al $\textbf{bloque s}$; y su capa de valencia es la tercera, luego al $\textbf{periodo 3}$. 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:

$\textbf{Capa de valencia.}$ 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.

$\textbf{Carga nuclear efectiva.}$ 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:

$r(\mathrm{Na}) > r(\mathrm{F})$

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.