Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2021

PREGUNTA 1.
Conteste a cada una de las siguientes cuestiones justificando la respuesta.

1.1. Indique si las moléculas $\mathrm{CS_2}$ y $\mathrm{NCl_3}$ tienen o no momento dipolar.
1.2. Explique porqué la molécula de cloro es covalente mientras que el CsCl es un compuesto iónico. Indique una propiedad de cada compuesto.

$\textbf{1.1. Indique si las moléculas CS}_2\textbf{ y NCl}_3\textbf{ tienen o no momento dipolar. (1 punto)}$

En los dos casos los enlaces son polares, así que la respuesta la decide la geometría, que es lo que determina si los momentos dipolares se cancelan al sumarlos como vectores.

$\textbf{Disulfuro de carbono}$, $\mathrm{CS_2}$

El carbono aporta 4 electrones de valencia y los emplea todos en dos dobles enlaces, sin que le quede ningún par no enlazante. Hay por tanto dos zonas de densidad electrónica alrededor del átomo central, que se separan al máximo colocándose a 180°:

$\mathrm{S}{=}\mathrm{C}{=}\mathrm{S}$

La geometría es $\textbf{lineal}$. Los dos momentos dipolares tienen igual módulo —los dos enlaces son idénticos—, la misma dirección y sentidos opuestos, así que se anulan:

$\vec\mu_{\text{total}} = \vec\mu_1 + \vec\mu_2 = \vec 0$

El $\mathrm{CS_2}$ $\textbf{no tiene momento dipolar}$: es apolar. Es la misma situación del $\mathrm{CO_2}$.

$\textbf{Tricloruro de nitrógeno}$, $\mathrm{NCl_3}$

El nitrógeno pertenece al grupo 15 y aporta 5 electrones de valencia: emplea 3 en los enlaces con los cloros y $\textbf{le queda un par no enlazante}$. Hay cuatro zonas alrededor del nitrógeno, que se disponen en tetraedro, pero como una de ellas es el par libre, la geometría $\textbf{molecular}$ es una $\textbf{pirámide trigonal}$.

Al romperse la simetría, los tres momentos de enlace no pueden cancelarse: su suma da una resultante dirigida a lo largo del eje de la pirámide. Además, el par no enlazante contribuye con su propio momento en esa misma dirección.

$\vec\mu_{\text{total}} \neq \vec 0$

El $\mathrm{NCl_3}$ $\textbf{sí tiene momento dipolar}$: es polar, aunque de valor modesto, porque la diferencia de electronegatividad entre el nitrógeno (3,0) y el cloro (3,2) es pequeña y buena parte del momento procede del par libre.

La comparación entre ambas es el sentido del apartado: tener enlaces polares no basta para que la molécula lo sea; hace falta además que la geometría no sea simétrica.

$\textbf{1.2. Explique por qué la molécula de cloro es covalente mientras que el CsCl es un compuesto iónico. Indique una propiedad de cada compuesto. (1 punto)}$

Lo que decide el tipo de enlace es la $\textbf{diferencia de electronegatividad}$ entre los átomos que se unen.

$\textbf{Cloro}$, $\mathrm{Cl_2}$. Los dos átomos son idénticos, así que la diferencia de electronegatividad es $\textbf{nula}$. Ninguno puede arrancarle el electrón al otro, y la única forma de que ambos completen el octeto es $\textbf{compartir}$ un par de electrones. El enlace es $\textbf{covalente}$, y además apolar, con lo que se forman moléculas discretas $\mathrm{Cl_2}$.

$\textbf{Propiedad}$: es un $\textbf{gas}$ a temperatura ambiente, con puntos de fusión y ebullición muy bajos ($-101$ y $-34$ °C), porque entre unas moléculas y otras solo actúan fuerzas de dispersión de London, muy débiles. Tampoco conduce la electricidad en ningún estado, al no tener cargas libres.

$\textbf{Cloruro de cesio}$, CsCl. El cesio es un metal alcalino, con la energía de ionización más baja de todos los elementos estables, y el cloro un halógeno con una afinidad electrónica muy alta. La diferencia de electronegatividad es enorme (0,8 frente a 3,2), de modo que no hay reparto: hay $\textbf{transferencia}$ de un electrón.

$\mathrm{Cs} \rightarrow \mathrm{Cs^+} + e^- \qquad \mathrm{Cl} + e^- \rightarrow \mathrm{Cl^-}$

Los iones resultantes se atraen electrostáticamente y forman una red cristalina tridimensional. El enlace es $\textbf{iónico}$.

$\textbf{Propiedad}$: es un $\textbf{sólido de punto de fusión elevado}$ (645 °C), porque fundirlo exige vencer las atracciones electrostáticas de toda la red. No conduce la electricidad en estado sólido, con los iones inmovilizados, pero sí lo hace fundido o disuelto en agua, cuando quedan libres.