Galicia. Examen PAU resuelto de Química. Junio 2021

El examen consta de 8 preguntas, de las que se podrá responder un MÁXIMO DE 5, combinadas como quiera. Cada pregunta vale 2 puntos (1 punto por apartado). Si responde a más preguntas de las permitidas, sólo se corregirán las 5 primeras respondidas.

 

PREGUNTA 1

1.1. Justifique si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: las combinaciones de números cuánticos  y  son posibles para un electrón en un átomo.

1.2. Razone qué geometría presenta la molécula de diclorometano (CH₂Cl₂) aplicando la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV) y discuta la polaridad de la molécula.

 

1.1.  Los números cuánticos que caracterizan a un electrón son:

 

·    n:  número  cuántico  principal.  Como  valores  puede  tomar  cualquier  número  natural. Está relacionado con el volumen efectivo del orbital y con el nivel energético. Cuanto mayor sea n mayor volumen efectivo tendrá el orbital y mayor energía le corresponde.

 

·   l:  número  cuántico  secundario.  Toma  valores,  .  Está  relacionado  con  la forma de los distintos orbitales. Las distintas formas de los orbitales se designan mediante letras:

 

·   m:  número  cuántico  magnético.  Toma  valores,  .  Está  relacionado  con  la orientación de los orbitales en el espacio. Existen tantas orientaciones como valores de m.

·    s:  número  cuántico  de  spin.  Tiene  que  ver  con  el  sentido  de  rotación  del  electrón  en torno a su propio eje cuando se mueve dentro de un orbital. El electrón sólo tiene dos posibles sentidos de giro, por lo que sólo puede tomar los valores  y .

 

Ninguna de las dos combinaciones de números cuánticos es posible para un electrón en un átomo. La primera de ellas, , porque el número cuántico de spin no puede tomar ese valor. Y la segunda, , porque si el número cuántico secundario es l = 0, el número cuántico magnético solo puede ser m = 0.

 

1.2.  Lo  primero  vamos  a  hacer  la  estructura  de Lewis del compuesto. Para eso primero calculamos los electrones de valencia que tienen entre todos los átomos: 

 

La molécula tiene 1 átomos de carbono, 2 de cloro y 2 de hidrógeno, en total tendremos 20 electrones. Como lo que quieren estos átomos es completar la última capa necesitaríamos  electrones (el hidrógeno va a incumplir la regla del octete, va a compartir el único electrón que tiene). Si ahora restamos los electrones que necesitamos menos los que efectivamente tenemos obtendremos los electrones de enlace:

 

 

Ahora, si al número de electrones que tenemos le restamos los de enlace obtendremos los no enlazantes:

 

 

Pues bien, sabiendo que tenemos 4 pares electrónicos enlazantes y 6 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 4 pares de electrones enlazantes y ninguno antienlazante. Según la Teoría de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de Valencia (TRPECV), la geometría de los electrones será aquella que permita que tengan las menores repulsiones posibles en este caso, la tetraédrica. Esta geometría molecular será la tetraédrica.

 

 

 

En este caso tenemos 2 enlaces claramente polarizados, ya que los cloros son más electronegativos que el carbono. Los otros dos no lo están, puesto que el carbono y el hidrógeno tienen casi la misma electronegatividad. En este caso por la geometría de la molécula el momento dipolar total es distinto de cero, no se anulan las polaridades, y la molécula es polar.