Galicia. Examen PAU resuelto de Química. Julio 2023

PREGUNTA 2

2.1. En base al modelo de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV), prediga razonadamente para la molécula de AlCl₃ su geometría electrónica sugiriendo el valor aproximado del ángulo de enlace, e indique el tipo de hibridación que emplearía el átomo de aluminio en la molécula para formar los enlaces correspondientes.

2.2. Explique qué tipo de enlace químico debe romperse o qué fuerza de atracción debe vencerse para: fundir cloruro de potasio, fundir diamante y hervir agua.

2.1.  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 átomo de aluminio y 2 de cloro, en total tendremos 24 electrones. Como lo que quieren estos átomos es completar la última capa necesitaríamos  electrones (el aluminio va a incumplir la regla del octete, va a compartir los 3 electrones que tiene y rodearse de 6 electrones en total). 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 3 pares electrónicos enlazantes y 9 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 3 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 trigonal plana.

Si la geometría de la molecular es triangular plana, la hibridación del átomo central tiene que ser compatible con esta. Por lo que la hibridación del aluminio será sp².

2.2.  El cloruro de potasio, KCl, es un compuesto iónico, ya que está formado por átomos con mucha diferencia de electronegatividad. El potasio es un metal y es muy poco electronegativo, mientras que el cloro es un no metal y tiene una alta electronegatividad. Esto hace que el cloro, que atrae con mucha más fuerza los electrones que el potasio, arranque un electrón al potasio formándose así una red cristalina en la que los cationes potasio se ven atraídos por los aniones cloruro y viceversa. Estos compuestos son sólidos a temperatura ambiente. Para fundirlos se necesitan temperaturas altas, porque hay que romper el enlace iónico.

El diamante es un sólido formado por átomos de carbono enlazados mediante enlaces covalentes. Cada carbono presenta hibridación sp³ y está unido a su vez a otros 4 átomos de carbono. Presenta una estructura cristalina tridimensional y, para fundirlo, se necesita muchísima energía porque tenemos que romper los enlaces covalentes, por eso tiene una temperatura de fusión elevadísima.

El agua es un compuesto covalente molecular. Cada molécula de agua está enlazada a las vecinas mediante fuerzas intermoleculares de puente de hidrógeno. Estas fuerzas intermoleculares son fuertes, pero no tanto como el enlace covalente que une a cada átomo de oxígeno con los dos hidrógenos dentro de la molécula. Cuando hervimos agua estamos dándole la suficiente energía como para romper esos enlaces de hidrógeno.