Ejercicio resuelto de Química · 2022

Para las moléculas de etino, amoniaco, eteno y agua:

i) Justifique la hibridación de los átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno. [1,0 punto]

ii) Represente las moléculas de agua y amoniaco e indique su momento dipolar. [1,0 punto]

Datos: H, $Z=1$; C, $Z=6$; N, $Z=7$; O, $Z=8$.

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{hibridaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{carbono,}}\mathbf{\text{nitr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{ox}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{geno.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

La hibridación la marca el número de zonas de electrones que rodean al átomo: cada enlace, sea simple, doble o triple, cuenta como una, y cada par no enlazante también. Esas zonas se separan lo máximo posible, y a cada una le corresponde un orbital híbrido.

${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2$ (etino): cada carbono se une a un hidrógeno y al otro carbono, dos zonas. Hibridación $sp$, disposición lineal. Los dos orbitales $p$ que quedan sin hibridar forman los dos enlaces $\pi$ del triple enlace.

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ (amoniaco): el nitrógeno tiene tres pares enlazantes y uno libre, cuatro zonas. Hibridación $s{p}^3$.

${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4$ (eteno): cada carbono tiene tres zonas, dos enlaces C–H y el doble enlace. Hibridación $s{p}^2$, disposición trigonal plana, y el orbital $p$ restante da el enlace $\pi$.

${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ (agua): el oxígeno tiene dos pares enlazantes y dos libres, cuatro zonas. Hibridación $s{p}^3$.

$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{Represente}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{amoniaco}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{momento}}\mathbf{\text{dipolar.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

En las dos, los pares se disponen en tetraedro, pero la geometría molecular solo atiende a dónde están los átomos: el agua queda angular y el amoniaco, en pirámide trigonal.



En el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ los dos enlaces O–H son muy polares y, al estar la molécula doblada, sus momentos no se cancelan: la resultante apunta desde los hidrógenos hacia el oxígeno, sobre la bisectriz del ángulo.

En el $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ ocurre lo mismo: los tres momentos N–H se suman según el eje de la pirámide, en la dirección del par no enlazante, y la resultante tampoco es nula.

Las dos moléculas son, por tanto, $\mathbf{\text{polares}}$, y ambas forman enlaces de hidrógeno. El momento dipolar del agua es algo mayor (1,85 D frente a 1,47 D del amoniaco), porque el oxígeno es más electronegativo que el nitrógeno.