Ejercicio resuelto de Estructura de Lewis · Química · 2022

Haga el estudio de las moléculas $\text{NH}_3$ y $\text{CO}_2$ en los términos que se indican:

a) Escriba la estructura de Lewis. (Hasta 0,4 puntos)

b) A partir de la TRPECV, indique su forma espacial. (Hasta 0,4 puntos)

c) ¿Qué moléculas tienen momento dipolar distinto de cero? (Hasta 0,4 puntos)

d) ¿Qué tipo de hibridación presentan sus átomos centrales? (Hasta 0,4 puntos)

e) Indique el tipo de fuerzas intermoleculares en cada una de las sustancias. (Hasta 0,4 puntos)

Datos: números atómicos, $Z$: $\text{H} = 1$; $\text{C} = 6$; $\text{N} = 7$; $\text{O} = 8$.

$\textbf{a) Escriba la estructura de Lewis. (Hasta 0,4 puntos)}$

Se cuentan los electrones de valencia y se reparten hasta completar los octetos.

$\mathrm{NH_3}$: el nitrógeno aporta 5 electrones y cada hidrógeno 1, ocho en total. El nitrógeno forma tres enlaces simples y $\textbf{le sobra un par no enlazante}$.

$\mathrm{CO_2}$: el carbono aporta 4 y cada oxígeno 6, dieciséis en total. El carbono forma dos dobles enlaces y no le queda ningún par libre; cada oxígeno conserva dos.

$\textbf{b) A partir de la TRPECV, indique su forma espacial. (Hasta 0,4 puntos)}$

Se cuentan las zonas de densidad electrónica alrededor del átomo central, contando cada enlace múltiple como una sola zona.

$\mathrm{NH_3}$: cuatro zonas, tres de enlace y una libre. Los pares se disponen en tetraedro, pero la forma molecular es una $\textbf{pirámide trigonal}$, con un ángulo de unos 107°, algo menor que los 109,5° porque el par libre ocupa más espacio.

$\mathrm{CO_2}$: dos zonas y ningún par libre. La molécula es $\textbf{lineal}$, con un ángulo de 180°.

$\textbf{c) ¿Qué moléculas tienen momento dipolar distinto de cero? (Hasta 0,4 puntos)}$

Solo el $\textbf{amoniaco}$. Sus tres enlaces N–H son polares y la forma piramidal impide que sus momentos se cancelen; el par libre, además, refuerza el dipolo en la misma dirección.

El $\mathrm{CO_2}$ tiene los enlaces C=O muy polares, pero la molécula es lineal y simétrica, de modo que los dos momentos son opuestos e iguales y su suma vectorial es nula: su momento dipolar vale cero.

$\textbf{d) ¿Qué tipo de hibridación presentan sus átomos centrales? (Hasta 0,4 puntos)}$

La hibridación se deduce del número de zonas de densidad electrónica del átomo central.

$\mathrm{NH_3}$: cuatro zonas, luego el nitrógeno combina un orbital $s$ con tres $p$ y presenta hibridación $\textbf{sp³}$. Tres de los híbridos alojan los enlaces y el cuarto, el par libre.

$\mathrm{CO_2}$: dos zonas, luego el carbono combina un orbital $s$ con uno $p$ y presenta hibridación $\textbf{sp}$, que es la que da los 180°. Los dos orbitales $p$ sin hibridar forman los enlaces pi de los dobles enlaces.

$\textbf{e) Indique el tipo de fuerzas intermoleculares en cada una de las sustancias. (Hasta 0,4 puntos)}$

En el $\textbf{amoniaco}$ hay hidrógenos unidos directamente a un nitrógeno, muy electronegativo y pequeño, así que entre sus moléculas se establecen $\textbf{enlaces de hidrógeno}$, además de fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión. Por eso su punto de ebullición es anormalmente alto para su masa molecular.

En el $\textbf{dióxido de carbono}$, al ser una molécula apolar, solo actúan las $\textbf{fuerzas de dispersión de London}$. Son tan débiles que a presión ordinaria el compuesto es gas y ni siquiera pasa por el estado líquido: sublima.