Ejercicio resuelto de Estructura de Lewis · Química · 2022

Para las especies siguientes, represente su estructura de Lewis, indique si se cumple la regla del octeto y cuáles serían los ángulos de enlace aproximados en torno al átomo central (0,5 puntos por apartado):

a) ${\text{PCl}}_3$ b) ${\text{XeF}}_4$ c) ${\text{CHCl}}_3$ d) ${\text{BF}}_3$

En los cuatro casos se cuentan primero los electrones de valencia, se reparten en enlaces y pares libres, se comprueba cuántos rodean al átomo central y, por último, se aplica la teoría de repulsión de pares para deducir el ángulo.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{PCl₃}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El fósforo aporta 5 electrones de valencia y cada cloro 7, en total 26. El fósforo forma tres enlaces simples y $\mathbf{\text{le}}\mathbf{\text{sobra}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{par}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{enlazante}}$; cada cloro conserva tres pares libres.

$\mathbf{\text{S}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{cumple}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octeto}}$: alrededor del fósforo hay $3\cdot 2+2=8$ electrones.

Cuatro zonas de densidad electrónica, tres de enlace y una libre: los pares se disponen en tetraedro y la geometría molecular es una pirámide trigonal. El ángulo Cl–P–Cl es de unos $\mathbf{\text{107}}\mathrm{°}$, algo menor que los 109,5° del tetraedro perfecto, porque el par no enlazante ocupa más espacio y comprime los enlaces.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{XeF₄}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El xenón aporta 8 electrones de valencia —es un gas noble— y cada flúor 7, en total 36. El xenón forma cuatro enlaces simples y $\mathbf{\text{le}}\mathbf{\text{quedan}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{pares}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{enlazantes}}$.

$\mathbf{\text{No}}\mathbf{\text{cumple}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octeto}}$: alrededor del xenón hay $4\cdot 2+2\cdot 2=12$ electrones. Es un caso de $\mathbf{\text{octeto}}\mathbf{\text{expandido}}$, posible porque el xenón pertenece al quinto periodo y dispone de orbitales $d$ vacíos.

Seis zonas en total: se disponen en octaedro. Los dos pares libres, que se repelen más entre sí que ninguna otra pareja, se colocan en posiciones opuestas, de modo que los cuatro flúores quedan en un mismo plano. La geometría molecular es $\mathbf{\text{cuadrada}}\mathbf{\text{plana}}$ y los ángulos F–Xe–F valen $\mathbf{\text{90}}\mathrm{°}$ entre flúores contiguos y 180° entre los enfrentados.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{CHCl₃}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El carbono aporta 4 electrones, el hidrógeno 1 y cada cloro 7, en total 26. El carbono forma cuatro enlaces simples y no le queda ningún par libre.

$\mathbf{\text{S}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{cumple}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octeto}}$: hay $4\cdot 2=8$ electrones alrededor del carbono.

Cuatro zonas de enlace y ningún par libre: la geometría es $\mathbf{\text{tetra}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{drica}}$ y los ángulos son de $\mathbf{\text{109,5}}\mathrm{°}$, con desviaciones muy pequeñas porque los cuatro sustituyentes no son idénticos.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{BF₃}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El boro aporta 3 electrones de valencia y cada flúor 7, en total 24. El boro emplea sus tres electrones en tres enlaces simples y no le queda ningún par libre.

$\mathbf{\text{No}}\mathbf{\text{cumple}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octeto}}$: alrededor del boro solo hay $3\cdot 2=6$ electrones. Es un caso de $\mathbf{\text{octeto}}\mathbf{\text{incompleto}}$, y por eso el $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3$ es un ácido de Lewis muy reactivo, ávido de un par de electrones ajeno.

Tres zonas de enlace y ningún par libre: la máxima separación se consigue repartiéndolas en un plano, así que la geometría es $\mathbf{\text{trigonal}}\mathbf{\text{plana}}$ y los ángulos F–B–F valen $\mathbf{\text{120}}\mathrm{°}$.