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T2: Enlace químico
Geometría molecular y polaridad
Teoría
2025 · Ordinaria · Titular
1B
Examen
a) Dadas las moléculas HX2S\ce{H2S} y PFX3\ce{PF3}, razone en cuál o cuáles de ellas el átomo central presenta algún par de electrones sin compartir.b) Justifique la geometría que presenta la molécula de PFX3\ce{PF3}.c) Indique la hibridación del átomo central del HX2S\ce{H2S}.d) ¿Por qué la molécula BFX3\ce{BF3} es apolar?
VSEPRPolaridad
a) Justifique razonadamente cuál de los siguientes átomos tiene un mayor radio atómico: Magnesio (Z=12Z=12) o Azufre (Z=16Z=16).

Para determinar el tamaño atómico, primero establecemos las configuraciones electrónicas de los estados fundamentales siguiendo el principio de Aufbau:

Mg (Z=12): 1sX2 2sX2 2pX6 3sX2\text{Mg (Z=12): } \ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2}
S (Z=16): 1sX2 2sX2 2pX6 3sX2 3pX4\text{S (Z=16): } \ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4}

Ambos elementos tienen sus electrones diferenciadores en el nivel de energía n=3n=3. Al avanzar en el periodo de izquierda a derecha, aumenta el número atómico (ZZ) y, por tanto, la carga nuclear. Dado que el apantallamiento (SS) ejercido por los electrones de las capas internas (n=1n=1 y n=2n=2) es el mismo para ambos, la carga nuclear efectiva (ZefZ_{ef}) experimentada por los electrones externos es mayor en el Azufre. Una mayor ZefZ_{ef} implica una mayor fuerza de atracción del núcleo sobre la nube electrónica, lo que provoca una contracción de la misma. Por consiguiente, el Magnesio tiene un radio atómico mayor que el Azufre.

b) Justifique la geometría molecular del amoniaco (NHX3\ce{NH3}) según la teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia (RPECV).

En la molécula de NHX3\ce{NH3}, el átomo central es el Nitrógeno (A), que posee 5 electrones de valencia. Este se une a tres átomos de Hidrógeno (B) mediante enlaces sencillos. Los dos electrones restantes del Nitrógeno forman un par de no enlace o par solitario (E). La molécula responde a la notación AB3E1AB_3E_1.Según la RPECV, los cuatro pares de electrones (tres de enlace y uno solitario) se disponen hacia los vértices de un tetraedro para minimizar las repulsiones. Al considerar únicamente la posición de los núcleos de los átomos, la geometría molecular resultante es piramidal trigonal. El ángulo de enlace es ligeramente inferior al tetraédrico de 109,5109,5^\circ debido a que la repulsión ejercida por el par solitario es mayor que la de los pares de enlace.

c) Justifique la espontaneidad de una reacción química sabiendo que es exotérmica (ΔH<0\Delta H < 0) y que conlleva una disminución de la entropía (ΔS<0\Delta S < 0).

La espontaneidad de una reacción se determina mediante la energía libre de Gibbs, según la expresión:

ΔG=ΔHTΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S

En este proceso, el factor entálpico favorece la espontaneidad, ya que al ser la reacción exotérmica (ΔH<0\Delta H < 0), el sistema desprende energía y tiende a la estabilidad. Por el contrario, el factor entrópico se opone a la espontaneidad, ya que al ser ΔS<0\Delta S < 0, el término TΔS-T\Delta S resulta positivo, indicando un aumento del orden en el sistema. La espontaneidad dependerá de la temperatura: la reacción será espontánea (ΔG<0\Delta G < 0) solo a temperaturas bajas, donde el valor absoluto del factor entálpico sea mayor que el del factor entrópico (ΔH>TΔS|\Delta H| > |T\Delta S|).