Galicia. Examen PAU resuelto de Química. Septiembre 2020

PREGUNTA 2

2.1. Razone la geometría que presentan las moléculas de H₂O y CO₂ según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV) e indique el valor previsible del ángulo de enlace.

2.2. ¿Por qué la molécula de agua tiene el punto de ebullición más alto y es la más polar de las dos?

 

2.1.  Comenzamos  con  la  molécula  de  agua  y  lo  hacemos con  la  estructura  de Lewis. Para ello vamos a hacer la configuración electrónica de cada uno de los átomos que forman parte de la molécula:

 

 

El hidrógeno es un elemento que nunca cumple la regla del octete. Tiene un electrón de valencia y lo comparte, por lo que, al final tiene a su alrededor dos electrones. Sin embargo, el oxígeno si que la cumple y se rodeará de ocho electrones. En total se necesitan:

 

 

Si a los electrones que necesitamos le restamos los que tenemos, obtendremos los electrones de enlace:

 

 

Y si a los electrones que tenemos le restamos los electrones de enlace, tendremos los electrones no enlazantes:

 

 

Pues bien, sabiendo que tenemos 2 pares electrónicos enlazantes y 2 no enlazantes y que el átomo al que le faltan más electrones para completar la capa es el central, podemos hacer la estructura de Lewis:

 

 

 

Como vemos, alrededor del átomo central hay 2 pares de electrones enlazantes y otros dos antienlazantes. Según la Teoría de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de Valencia (TRPECV), la geometría de la molécula será aquella que permita que esos electrones tengan las menores repulsiones posibles, es decir, estén lo más separados. En este caso esa geometría es la angular. En realidad, la geometría electrónica es tetraédrica, que tiene ángulos de enlace de 109,5⁰. Pero como dos de los orbitales están ocupados por los pares electrónicos solitarios y, la repulsión que hacen sobre los otros pares electrónicos hace que el ángulo de enlace disminuya hasta los 104,5⁰.

 

 

 

Hacemos ahora la estructura de Lewis de la molécula de dióxido de carbono.

 

 

En total se necesitan:

 

 

Si a los electrones que necesitamos le restamos los que tenemos, obtendremos los electrones de enlace:

 

 

Y si a los electrones que tenemos le restamos los electrones de enlace, tendremos los electrones no enlazantes:

 

 

Pues bien, sabiendo que tenemos 4 pares electrónicos enlazantes y 4 no enlazantes y que el átomo al que le faltan más electrones para completar la capa es el central, podemos hacer la estructura de Lewis:

 

 

 

En este caso, alrededor del átomo central hay 4 pares de electrones enlazantes y ninguno antienlazante. En este caso y, según la Teoría de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de Valencia (TRPECV), la geometría molecular es lineal. El ángulo de enlace es de 180⁰.

 

 

 

 

2.2.  El  punto  de  ebullición  de  una  molécula  depende  de  las  fuerzas  intermoleculares de la misma. Y estas a su vez dependen de si son o no polares. La molécula de agua lo es, porque el oxígeno es más electronegativo que los hidrógenos y su geometría hace que no se anule la polaridad de sus enlaces. Sin embargo, el dióxido de carbono es apolar porque, aunque tiene enlaces polarizados, al ser lineal esas polaridades se anulan. Esto determina que el agua forme enlaces de hidrógeno y el dióxido de carbono fuerzas de London (dipolo instantáneo-dipolo inducido). Como las primeras son mucho más fuertes que las segundas, esto hace que las moléculas de agua estén mucho más atraídas entre sí que las de dióxido de carbono. Así para pasarlas a estado gas necesitaremos aportar mucha más energía para romperlas y, por eso, el punto de ebullición es mucho mayor. De hecho, a temperatura ambiente, el agua es un líquido, mientras que el dióxido de carbono es un gas.