T2: Enlace químico · Estructura de Lewis y geometría molecular

Estructura de Lewis y geometría molecular

Teoría

2017 · Ordinaria · Titular

a) Represente las estructuras de Lewis de las moléculas de

\ce{H2O}

y de

\ce{NF3}

.b) Justifique la geometría de estas moléculas según la Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia.c) Explique cuál de ellas presenta mayor punto de ebullición.

Enlace químicoGeometría molecular

a) Las estructuras de Lewis son:

\ce{H2O}: \quad \text{2 H} (2 \times 1) + \text{O} (6) = 8 \text{ electrones de valencia}

\text{H}-\underset{\Large\cdot\cdot}{\overset{\Large\cdot\cdot}{\text{O}}}-\text{H}

\ce{NF3}: \quad \text{N} (5) + \text{3 F} (3 \times 7) = 26 \text{ electrones de valencia}

\overset{\Large\cdot\cdot}{\text{N}}-\underset{\Large\cdot\cdot}{\text{F}}

\text{ }\vert

\text{ }\underset{\Large\cdot\cdot}{\text{F}}

\text{ }\vert

\text{ }\underset{\Large\cdot\cdot}{\text{F}}

b) Para la molécula de

\ce{H2O}

, el átomo central 'A' es el oxígeno. Este átomo está unido a dos átomos de hidrógeno, lo que representa dos pares de electrones de enlace ('B

_2

'). Además, el átomo de oxígeno tiene dos pares de electrones no enlazantes ('E

_2

'). La notación RPECV para la molécula es

AB_2E_2

. La repulsión entre los pares de electrones (enlazantes y no enlazantes) se minimiza cuando los cuatro pares se orientan hacia los vértices de un tetraedro. Sin embargo, los pares de no enlace ejercen una mayor repulsión que los pares de enlace, comprimiendo el ángulo de enlace \text{H-O-H} a aproximadamente

104.5^\circ

, resultando en una geometría molecular angular o "en forma de V".

Para la molécula de $\ce{NF3}$ , el átomo central 'A' es el nitrógeno. Este átomo está unido a tres átomos de flúor, lo que representa tres pares de electrones de enlace ('B $_3$ '). Además, el átomo de nitrógeno tiene un par de electrones no enlazantes ('E $_1$ '). La notación RPECV para la molécula es $AB_3E_1$ . La repulsión entre los cuatro pares de electrones (tres enlazantes y uno no enlazante) se minimiza con una disposición tetraédrica de los pares de electrones. El par de electrones no enlazantes ejerce una mayor repulsión que los pares de enlace, comprimiendo los ángulos de enlace \text{F-N-F} a aproximadamente $102.5^\circ$ , lo que da como resultado una geometría molecular piramidal trigonal.

c) El punto de ebullición de una sustancia depende de la intensidad de las fuerzas intermoleculares presentes. La molécula de

\ce{H2O}

es polar debido a la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno y a su geometría angular, que no permite la cancelación de los momentos dipolares. Las fuerzas intermoleculares en el agua incluyen fuerzas de dispersión de London, interacciones dipolo-dipolo y, muy significativamente, puentes de hidrógeno.

La molécula de $\ce{NF3}$ también es polar debido a la diferencia de electronegatividad entre el nitrógeno y el flúor y a su geometría piramidal trigonal. Las fuerzas intermoleculares en el trifluoruro de nitrógeno incluyen fuerzas de dispersión de London y interacciones dipolo-dipolo. Sin embargo, el $\ce{NF3}$ no puede formar puentes de hidrógeno porque el flúor no está unido directamente a un átomo de hidrógeno.Los puentes de hidrógeno son fuerzas intermoleculares mucho más fuertes que las interacciones dipolo-dipolo o las fuerzas de dispersión de London. Por lo tanto, la presencia de puentes de hidrógeno en el $\ce{H2O}$ requiere una mayor energía para separar las moléculas en el estado líquido y pasarlas al estado gaseoso. En consecuencia, el agua ( $\ce{H2O}$ ) presenta un punto de ebullición significativamente mayor que el trifluoruro de nitrógeno ( $\ce{NF3}$ ).