Ejercicio resuelto de Estructura de Lewis · Química · 2026

Considere los siguientes compuestos ${\text{CS}}_2$ y ${\text{CO}}_2$, y responda a las siguientes cuestiones: [2 puntos]

a) Represente las estructuras de Lewis de ambos compuestos y explique brevemente cómo será su geometría. [0,50 puntos]

b) Justifique por qué el ${\text{CS}}_2$ se presenta como líquido a temperatura ambiente, mientras que el ${\text{CO}}_2$ es gas en las mismas condiciones. [0,50 puntos]

c) Justifique si son válidas o no las siguientes combinaciones de números cuánticos $(n,l,m,s)$: $(3,0,1,-1\mathrm{/}2)$; $(2,1,0,+1\mathrm{/}2)$; $(3,2,0,+1\mathrm{/}2)$; $(2,2,0,+1\mathrm{/}2)$. [0,50 puntos]

d) Escriba la configuración electrónica del Cu $(Z=29)$ y explique si alguno de los conjuntos de números cuánticos del apartado c) podría corresponder al electrón diferenciador del Cu. [0,50 puntos]

Datos: número atómico $(Z)$: $\text{C}=6$; $\text{O}=8$; $\text{S}=16$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Represente}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{estructuras}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Lewis}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ambos}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El carbono aporta cuatro electrones de valencia y el oxígeno y el azufre, seis cada uno, porque los dos pertenecen al grupo 16. Para que los tres átomos completen el octeto, el carbono central forma un doble enlace con cada átomo terminal y a estos les quedan dos pares no enlazantes.



${\text{CS}}_2:4+2\cdot 6=16\text{ electrones de valencia};{\text{CO}}_2:4+2\cdot 6=16$

Aplicamos la teoría de repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia. En ambos casos el átomo central tiene dos zonas de densidad electrónica —los dos dobles enlaces— y ningún par libre, es decir, son moléculas del tipo $A{X}_2$.

Las dos moléculas son lineales, con un ángulo de enlace de ${180}^{\circ }$, que es la disposición que aleja al máximo las dos nubes electrónicas. Al ser lineales y simétricas, los dos momentos dipolares de enlace se anulan y ambas moléculas son apolares.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{el}}\mathrm{<msub><mtext>CS</mtext><mn\; mathvariant="bold">2</mn></msub>}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{ambiente,}}\mathbf{\text{mientras}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathrm{<msub><mtext>CO</mtext><mn\; mathvariant="bold">2</mn></msub>}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{gas}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mismas}}\mathbf{\text{condiciones.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Las dos moléculas son covalentes y apolares, así que ninguna de ellas puede formar enlaces de hidrógeno ni fuerzas dipolo-dipolo permanentes. Lo único que las mantiene unidas son las fuerzas de dispersión de London, debidas a los dipolos instantáneos que aparecen al deformarse la nube electrónica.

La intensidad de esas fuerzas crece con la polarizabilidad, es decir, con el tamaño de la nube electrónica y con el número de electrones de la molécula.

${\text{CS}}_2:6+2\cdot 16=38\text{ electrones};{\text{CO}}_2:6+2\cdot 8=22\text{ electrones}$

El azufre está en el tercer periodo y es mucho mayor y más polarizable que el oxígeno, de modo que el disulfuro de carbono tiene fuerzas de London bastante más intensas y una masa molecular casi el doble.

Por eso el ${\text{CS}}_2$ necesita más energía para separar sus moléculas y hierve a unos $46{}^{\circ }\text{C}$, es decir, es líquido a temperatura ambiente, mientras que el ${\text{CO}}_2$, con fuerzas mucho más débiles, ya es gas.



Recordamos las reglas que ligan los cuatro números cuánticos: $n$ es un entero positivo; $l$ toma los valores desde $0$ hasta $n-1$; $m$ va desde $-l$ hasta $+l$; y $s$ solo puede valer $+\frac{1}{2}$ o $-\frac{1}{2}$.

Combinación	Validez $(3,0,1,-1\mathrm{/}2)$	No válida: con $l=0$ el único valor posible de $m$ es $0$ $(2,1,0,+1\mathrm{/}2)$	Válida: corresponde a un electrón $2p$ $(3,2,0,+1\mathrm{/}2)$	Válida: corresponde a un electrón $3d$ $(2,2,0,+1\mathrm{/}2)$	No válida: $l$ no puede igualar a $n$, como mucho llega a $n-1=1$

Son válidas la segunda y la tercera; la primera falla en el número cuántico magnético y la cuarta, en el secundario.



Siguiendo el diagrama de Moeller cabría esperar $\dots 4s^{2}3d^9$, pero el cobre es una de las dos excepciones conocidas de la primera serie de transición: promociona un electrón del orbital $4s$ al $3d$ porque la capa $d$ completa es más estable.

$\text{Cu }(Z=29):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{1}3d^{10}$

El electrón diferenciador es el último que se aloja, y en este caso es uno de los $3d$. Sus dos primeros números cuánticos están fijados por el orbital que ocupa.

$n=3,l=2,m\in \{-2,-1,0,1,2\},s=\pm \frac{1}{2}$

De los cuatro conjuntos del apartado anterior, el que puede corresponder al electrón diferenciador del cobre es $(3,2,0,+\frac{1}{2})$, que es precisamente un electrón $3d$. El $(2,1,0,+\frac{1}{2})$, aunque válido, describe un electrón $2p$ de una capa interna ya completa.