Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · Cataluña · 2025

La determinación de propiedades atómicas y la modelización de las estructuras formadas por interacción entre átomos han sido esenciales en la construcción del conocimiento de la química. El desarrollo de nuevas sustancias y materiales y el análisis estructural continúan siendo focos de atención en proyectos de investigación e innovación.

El enlace covalente y el enlace iónico son modelos muy útiles para interpretar las propiedades de las sustancias, pero los enlaces reales tienen un porcentaje de enlace covalente e iónico que se basa sobre todo en la diferencia de electronegatividad. En general, si la diferencia de electronegatividad entre los átomos es superior a 1,7, el enlace tendrá más de un 50 % de carácter iónico, mientras que si es inferior a 1,7, el porcentaje de carácter iónico será de menos del 50 %.



a) Explique a qué tipo de enlace corresponden estas imágenes (A y B) y justifique la geometría o estructura de estos compuestos y qué tipo de enlace predomina en ellos, utilizando los datos de electronegatividad de la tabla adjunta. Represente las estructuras de Lewis del $\mathrm{BeCl_2}$ y del $\mathrm{H_2O}$. Justifique, mediante la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV), las geometrías de las moléculas de cloruro de berilio (imagen A) y del agua, y razone si se trata de moléculas polares o apolares. [1,25 puntos]
b) Los valores de las primeras energías de ionización del litio y del berilio son, respectivamente, 520,3 y $899{,}5\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$. Razone por qué las energías de ionización tienen signo positivo. Indique a qué grupo y período pertenece cada uno de los elementos. Explique, a partir de su configuración electrónica y el modelo atómico de cargas eléctricas, por qué es mayor la energía de ionización del berilio que la del litio. [1,25 puntos]

Datos:

$\textit{Átomo}$	$\textit{Número atómico (Z)}$	$\textit{Electronegatividad}$ H	1	2,1 Li	3	1,0 Be	4	1,5 O	8	3,5 Cl	17	3,0

$\textbf{a) Explique a qué tipo de enlace corresponden estas imágenes (A y B) y justifique la geometría o estructura de estos compuestos y qué tipo de enlace predomina en ellos. Represente las estructuras de Lewis del BeCl₂ y del H₂O y justifique sus geometrías mediante la RPECV, razonando si son moléculas polares o apolares. (1,25 puntos)}$

La imagen A muestra una molécula aislada de tres átomos: el berilio en el centro y un cloro a cada lado. Que exista como entidad discreta ya indica que sus átomos están unidos por enlaces covalentes. La imagen B, en cambio, no muestra ninguna molécula, sino una red tridimensional en la que cada ion está rodeado de iones de signo contrario: es la estructura característica de un compuesto iónico.

El criterio del enunciado lo confirma con las electronegatividades:

Compuesto	Diferencia de electronegatividad	Carácter iónico	Tipo de enlace predominante $\mathrm{BeCl_2}$	$3{,}0-1{,}5=1{,}5$	menos del 50 %	covalente polar $\mathrm{LiCl}$	$3{,}0-1{,}0=2{,}0$	más del 50 %	iónico $\mathrm{H_2O}$	$3{,}5-2{,}1=1{,}4$	menos del 50 %	covalente polar

Para las estructuras de Lewis, el berilio aporta dos electrones de valencia y cada cloro, siete: se forman dos enlaces simples Be-Cl, cada cloro completa su octeto con tres pares solitarios y el berilio se queda con solo cuatro electrones a su alrededor, una excepción a la regla del octeto. En el agua, el oxígeno aporta seis electrones y cada hidrógeno uno: se forman dos enlaces O-H y sobre el oxígeno quedan dos pares solitarios.

Aplicando la RPECV:

Molécula	Pares enlazantes	Pares solitarios	Geometría	Ángulo aproximado $\mathrm{BeCl_2}$	2	0	lineal	180° $\mathrm{H_2O}$	2	2	angular	104,5°

En el cloruro de berilio los dos únicos pares se sitúan lo más lejos posible, a $180^\circ$. Cada enlace Be-Cl es polar, pero los dos momentos dipolares tienen la misma dirección y sentidos opuestos, así que se anulan: la molécula es apolar.

En el agua los cuatro pares se disponen hacia los vértices de un tetraedro, pero como dos son solitarios la geometría molecular es angular. Los dos momentos dipolares de los enlaces O-H forman un ángulo y su suma vectorial no se anula, sino que apunta hacia el oxígeno: la molécula es polar, y de ahí vienen sus enlaces de hidrógeno y sus propiedades como disolvente.

$\textbf{b) Razone por qué las energías de ionización tienen signo positivo. Indique a qué grupo y período pertenece cada uno de los elementos. Explique, a partir de su configuración electrónica y el modelo atómico de cargas eléctricas, por qué es mayor la energía de ionización del berilio que la del litio. (1,25 puntos)}$

La energía de ionización es la que hay que suministrar para arrancar el electrón más externo de un átomo neutro gaseoso:

$\mathrm{X}(g)+E_I\rightarrow\mathrm{X}^{+}(g)+e^{-}$

El electrón está atraído por el núcleo, de modo que separarlo cuesta energía: el proceso es endotérmico, el sistema absorbe energía del entorno y por convenio esa cantidad se anota con signo positivo.

$\mathrm{Li}\ (Z=3):\ 1s^2\,2s^1 \qquad \mathrm{Be}\ (Z=4):\ 1s^2\,2s^2$

Los dos tienen su electrón más externo en el nivel $n=2$, así que pertenecen al segundo período; el litio, con un electrón de valencia $2s^1$, está en el grupo 1, y el berilio, con $2s^2$, en el grupo 2.

Los dos electrones que hay que arrancar están en el mismo orbital $2s$ y los apantalla el mismo núcleo interno $1s^2$. La diferencia está en la carga del núcleo: el berilio tiene cuatro protones y el litio, solo tres. Con el mismo apantallamiento y un protón más, la carga nuclear efectiva que siente el electrón externo del berilio es mayor, el electrón queda más cerca y más sujeto, y por eso hace falta más energía para arrancarlo.

La energía de ionización del berilio, $899{,}5\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$, es casi el doble que la del litio, $520{,}3\ \mathrm{kJ\ mol^{-1}}$, porque el berilio atrae su electrón de valencia con una carga nuclear efectiva mayor. Es la misma razón por la que el radio atómico disminuye a lo largo de un período.