T2: Enlace químico · Estructura atómica, Regla del octeto, Lewis y Geometría molecular

Estructura atómica, Regla del octeto, Lewis y Geometría molecular

Problema

2025 · Ordinaria · Titular

El cloro se presenta en la naturaleza en forma de dos isótopos, $\ce{^{35}_{17}Cl}$ y $\ce{^{37}_{17}Cl}$ , con unas abundancias relativas del $75,8 \%$ y $24,2 \%$ , respectivamente.

a) Deduzca el número de protones, neutrones y electrones que contiene un átomo de cada isótopo.b) Calcule el número de átomos de cada isótopo presentes en una muestra de

10

litros de

\ce{Cl2(g)}

, a

25^\circ\text{C}

1 \text{ atm}

.c1) Aplicando la regla del octeto, deduzca la fórmula empírica del compuesto formado por los elementos

\ce{Cl}

\ce{O}

. Razone si se trata de una especie química soluble en agua.c2) Considere las moléculas

\ce{SiCl4}

\ce{SCl2}

. Escriba su estructura electrónica de Lewis, deduzca su geometría molecular y discuta su polaridad.

IsótoposLewisVSEPR

a) Los isótopos tienen el mismo número de protones (número atómico,

Z = 17

) pero distinto número de neutrones.

Para \ $\ce{^{35}_{17}Cl}$ :

Protones:

Z = 17

Neutrones:

A - Z = 35 - 17 = 18

Electrones:

17

(átomo neutro)

Para \ $\ce{^{37}_{17}Cl}$ :

Protones:

Z = 17

Neutrones:

A - Z = 37 - 17 = 20

Electrones:

17

(átomo neutro)b) Se aplica la ley del gas ideal

PV = nRT

para calcular los moles de

\ce{Cl2}

n = \frac{PV}{RT} = \frac{1 \times 10}{0{,}082 \times 298} = 0{,}4092 \text{ mol de } \ce{Cl2}

El número total de moléculas de $\ce{Cl2}$ es:

N_{\ce{Cl2}} = 0{,}4092 \times 6{,}022 \times 10^{23} = 2{,}465 \times 10^{23} \text{ moléculas}

Cada molécula de $\ce{Cl2}$ contiene 2 átomos, por lo que el número total de átomos de Cl es:

N_{\text{total}} = 2 \times 2{,}465 \times 10^{23} = 4{,}930 \times 10^{23} \text{ átomos}

Aplicando las abundancias relativas de cada isótopo:

N(\ce{^{35}Cl}) = 0{,}758 \times 4{,}930 \times 10^{23} = 3{,}737 \times 10^{23} \text{ átomos}

N(\ce{^{37}Cl}) = 0{,}242 \times 4{,}930 \times 10^{23} = 1{,}193 \times 10^{23} \text{ átomos}

c1) El cloro tiene 7 electrones de valencia y necesita 1 electrón para completar el octeto. El oxígeno tiene 6 electrones de valencia y necesita 2 electrones para completar el octeto. Para satisfacer la regla del octeto, cada átomo de O comparte 2 electrones (forma 2 enlaces), y cada átomo de Cl comparte 1 electrón (forma 1 enlace), por lo que la relación Cl:O es 2:1, dando la fórmula empírica

\ce{Cl2O}

Respecto a la solubilidad: $\ce{Cl2O}$ es el anhídrido del ácido hipocloroso. Al reaccionar con agua forma ácido hipocloroso, $\ce{HClO}$ , por lo que es soluble en agua:

\ce{Cl2O + H2O -> 2 HClO}

c2) Se escriben las estructuras de Lewis y se deduce la geometría de

\ce{SiCl4}

\ce{SCl2}

Geometría de $\ce{SiCl4}$ : El Si es el átomo central $A$ , con 4 pares de enlace $B$ y ningún par solitario $E$ . Tipo $AB_4$ . Los 4 pares de enlace se disponen lo más alejados posible, dando geometría tetraédrica con ángulos de enlace de $109{,}5^\circ$ .Polaridad de $\ce{SiCl4}$ : Aunque cada enlace Si–Cl es polar (el Cl es más electronegativo que el Si), la molécula es simétrica (tetraédrica regular), por lo que los momentos dipolares de enlace se cancelan. La molécula es apolar ( $\mu = 0$ ).Geometría de $\ce{SCl2}$ : El S es el átomo central $A$ , con 2 pares de enlace $B$ y 2 pares solitarios $E$ . Tipo $AB_2E_2$ . La geometría electrónica es tetraédrica, pero la geometría molecular es angular. Los pares solitarios comprimen el ángulo de enlace por debajo de $109{,}5^\circ$ (aproximadamente $103^\circ$ ).Polaridad de $\ce{SCl2}$ : La molécula es angular y asimétrica. Los momentos dipolares de los dos enlaces S–Cl no se cancelan y existe además la contribución de los pares solitarios del S. El momento dipolar resultante es distinto de cero, por lo que la molécula es polar ( $\mu \neq 0$ ).