Ejercicio resuelto de Estructura de Lewis · Química · 2020

a) Para el anión nitrito, $\text{NO}_2^-$, deduzca la estructura de Lewis. Indique y dibuje la geometría molecular del compuesto, según la TRPECV, y los ángulos de enlace aproximados. [1,0 punto]

Datos: $\text{N}\ (Z = 7)$; $\text{O}\ (Z = 8)$.

b) Escriba las configuraciones electrónicas, en estado fundamental, de los elementos $\text{X}\ (Z = 35)$ e $\text{Y}\ (Z = 17)$. Indique el bloque y periodo de la tabla periódica a los que pertenece cada uno de los elementos. A partir de su posición en la tabla periódica, indique, de forma razonada, el elemento que previsiblemente presentará el valor más negativo de la afinidad electrónica. [1,0 punto]

$\textbf{a) Para el anión nitrito, NO₂⁻, deduzca la estructura de Lewis. Indique y dibuje la geometría molecular del compuesto, según la TRPECV, y los ángulos de enlace aproximados. [1,0 punto]}$

Se cuentan los electrones de valencia disponibles: el nitrógeno ($Z = 7$, $1s^2\,2s^2\,2p^3$) aporta 5, cada oxígeno ($Z = 8$, $1s^2\,2s^2\,2p^4$) 6 y la carga negativa uno más.

$5 + 2 \cdot 6 + 1 = 18 \text{ electrones} = 9 \text{ pares}$

Si los dos enlaces fuesen simples, el nitrógeno no completaría el octeto, así que uno de ellos ha de ser doble. Con un $\mathrm{N{=}O}$ y un $\mathrm{N{-}O}$ se consumen tres pares; de los seis restantes, dos quedan sobre el oxígeno del doble enlace, tres sobre el del enlace simple —que lleva la carga formal negativa— y $\textbf{uno sobre el nitrógeno}$ como par no enlazante. Así los tres átomos alcanzan el octeto.



La estructura no es única: el doble enlace puede estar en cualquiera de los dos oxígenos, y las dos formas son equivalentes. El anión presenta, por tanto, $\textbf{resonancia}$, y en la realidad los dos enlaces N–O son idénticos, con un orden intermedio entre simple y doble ($1{,}5$), y la carga repartida entre los dos oxígenos.

Para la geometría, la TRPECV cuenta las zonas alrededor del átomo central, y un doble enlace cuenta como una sola. Sobre el nitrógeno hay tres: dos de enlace y un par no enlazante. Tres zonas se disponen en un plano formando 120°, pero como una de ellas es un par libre, la geometría $\textbf{molecular}$ —la que dibujan los átomos— es $\textbf{angular}$. Y el par libre, que ocupa más espacio que los enlazantes, comprime algo el ángulo:

$\text{ángulo O-N-O} \approx 115^\circ$

es decir, algo menor que los 120° de partida (el valor experimental está en torno a 115°).

$\textbf{b) Escriba las configuraciones electrónicas, en estado fundamental, de los elementos X (Z = 35) e Y (Z = 17). Indique el bloque y periodo de la tabla periódica a los que pertenece cada uno de los elementos. A partir de su posición en la tabla periódica, indique, de forma razonada, el elemento que previsiblemente presentará el valor más negativo de la afinidad electrónica. [1,0 punto]}$

$\mathrm{X}\ (Z = 35): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$

Es el $\textbf{bromo}$. Su última subcapa ocupada es una $p$, de modo que pertenece al $\textbf{bloque p}$; y su capa de valencia es la cuarta, luego al $\textbf{periodo 4}$. Con siete electrones de valencia, grupo 17.

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

Es el $\textbf{cloro}$. También del $\textbf{bloque p}$ y con siete electrones de valencia, pero su capa de valencia es la tercera: $\textbf{periodo 3}$.

Los dos son, por tanto, halógenos del mismo grupo, y el cloro está justo encima del bromo.

$\textbf{Afinidad electrónica.}$ Es la energía que se libera al captar un electrón un átomo gaseoso, y en los halógenos es muy negativa porque con ese electrón completan el octeto. Cuanto más negativa, más favorable resulta la captura.

Subiendo por un grupo, la capa de valencia está más cerca del núcleo y menos apantallada por capas internas, de modo que el electrón entrante queda más fuertemente atraído y se libera más energía. Como el cloro está por encima del bromo, es previsible que sea el $\textbf{cloro}$ el que presente el valor $\textbf{más negativo}$ de la afinidad electrónica.

$|A_{\mathrm{e}}(\mathrm{Cl})| > |A_{\mathrm{e}}(\mathrm{Br})|$

Los valores experimentales lo confirman: $-349\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ para el cloro frente a $-325$ para el bromo. Conviene añadir, como matiz, que la tendencia no es perfecta en la cabecera del grupo: el flúor, aún más arriba, tiene una afinidad algo menos negativa que el cloro ($-328$), porque su átomo es tan pequeño que el electrón que entra sufre una fuerte repulsión con los que ya están. El máximo del grupo lo tiene, por eso, el cloro.