Ejercicio resuelto de Estructura de Lewis · Química · 2023

C3. De entre las siguientes estructuras de Lewis del dióxido de azufre ($\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$):



a) Selecciona la correcta y justifica por qué las demás son incorrectas. (0,50)
b) Describe la geometría de la molécula de $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$ empleando el método de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia. (0,50)
c) Justifica si la molécula de $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$ es polar o no. (0,50)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Selecciona}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{correcta}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{justifica}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{dem}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{incorrectas.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

El criterio para decidir es contar, en cada estructura propuesta, cuántos electrones de valencia se le han asignado al átomo central y comparar con los que realmente tiene. Se parte de las configuraciones electrónicas.

$\mathrm{O}(Z=8):1s^{2}2s^{2}2p^4\Rightarrow 6e^{-}\text{ de valencia}$

$\mathrm{S}(Z=16):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4\Rightarrow 6e^{-}\text{ de valencia}$

El azufre dispone, por tanto, de seis electrones de valencia. Si forma dos dobles enlaces con los oxígenos emplea cuatro de ellos y le sobra un par solitario, de modo que en su entorno hay diez electrones: es una capa expandida, posible porque el azufre pertenece al tercer periodo y dispone de orbitales $d$.

$\text{S en }\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2:4e^{-}\text{ en dos dobles enlaces}+2e^{-}\text{ en un par solitario}=6e^{-}$

Estructura	Electrones de valencia asignados al S	Veredicto 1)	4	incorrecta: faltan 2 2)	6	correcta 3)	8	incorrecta: sobran 2

La estructura correcta es la 2). La 1) es incorrecta porque representa el azufre con solo cuatro electrones de valencia, dos menos de los que tiene; la 3) lo es porque le asigna ocho, dos más de los que tiene. Solo la 2) le atribuye exactamente los seis electrones que le corresponden: dos dobles enlaces y un par solitario.



Según la TRPECV lo que cuenta son los dominios de electrones que rodean al átomo central, y un doble enlace cuenta como un solo dominio. Partiendo de la estructura 2), el azufre tiene dos dominios enlazantes y un par solitario.

$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2:2\text{ dominios enlazantes}+1\text{ par solitario}=3\text{ dominios}$

$\mathrm{A}{\mathrm{X}}_2\mathrm{E}\Rightarrow \text{disposici}\acute{\text{o}}\text{n trigonal plana}\Rightarrow \text{geometr}\acute{\text{ı}}\text{a angular}$

Tres dominios se separan al máximo repartiéndose el plano en tres direcciones a 120º. Como uno de ellos es un par solitario, que no se ve, la molécula resulta angular y no lineal.

$\widehat{\mathrm{O}\text{-}\mathrm{S}\text{-}\mathrm{O}}\approx {120}^{\circ }$

La molécula de dióxido de azufre es angular, con un ángulo O–S–O próximo a 120º. En rigor queda algo por debajo de ese valor, alrededor de 119º, porque el par solitario repele más que los pares enlazantes y comprime ligeramente el ángulo.



Se examina primero si los enlaces están polarizados y después si su disposición geométrica permite que los momentos dipolares se cancelen.

$\chi (\mathrm{O})=\mathrm{3,44}>\chi (\mathrm{S})=\mathrm{2,58}\Rightarrow \text{enlace S–O polarizado hacia el ox}\acute{\text{ı}}\text{geno}$

El oxígeno es más electronegativo que el azufre, de modo que cada enlace S–O tiene su propio momento dipolar, orientado del azufre hacia el oxígeno. Ahora hay que sumarlos como vectores, y ahí es decisiva la geometría del apartado anterior.

${\vec{\mu }}_{\text{total}}={\vec{\mu }}_1+{\vec{\mu }}_2\mathrm{\ne }\vec{0}$

Al ser la molécula angular y no lineal, los dos momentos no son opuestos y no se anulan: su resultante apunta según la bisectriz del ángulo, alejándose del par solitario.

La molécula de dióxido de azufre es polar. Conviene contrastarla con el dióxido de carbono, que tiene enlaces igualmente polarizados y sin embargo es apolar: allí no hay par solitario sobre el átomo central, la molécula es lineal y los dos momentos se cancelan exactamente. La diferencia la marca la geometría, no la polaridad de los enlaces.