Galicia. Examen PAU resuelto de Química. Julio 2024

PREGUNTA 2

2.1. En base a la teoría de repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia justifique la geometría electrónica y molecular del H₂Se, y discuta razonadamente si tiene o no momento dipolar.

2.2. Sabiendo que la molécula de H₂O tiene geometría electrónica tetraédrica y molecular angular: prediga razonadamente el valor del ángulo de enlace, indique qué orbitales híbridos empleará el átomo de oxígeno para formar los enlaces en la molécula, indicando cómo se forman dichos orbitales híbridos.

 

2.1.  Primero 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 selenio sí 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 electrónica 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 tetraédrica.

 

 

 

La geometría molecular no tiene en cuenta los pares de electrones solitarios, por lo que es angular:

 

 

 

Los enlaces de la molécula están polarizados dada la diferencia de electronegatividad que hay entre el selenio y los hidrógenos. Si dibujamos los vectores momento dipolar desde el elemento menos electronegativo, el hidrógeno, al más electronegativo, el selenio, vemos que la suma de esos vectores no es nula. Por consiguiente, la molécula es polar.

 

 

 

 

2.2.  El enunciado ya nos dice que la molécula de agua tiene una geometría electrónica tetraédrica y una geometría molecular angular:

 

 

 

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.

El átomo central, el oxígeno, emplea orbitales híbridos sp³, puesto que estes orbitales son los que concuerdan con la geometría tetraédrica que comentamos antes. La distribución de los electrones del oxígeno será la siguiente:

 

Hibrida el orbital 2s y los 3 orbitales p, dando lugar a 4 orbitales híbridos sp³ equivalentes situados en el espacio dirigiéndose hacia los vértices de un tetraedro. Dos de esos orbitales híbridos enlazan con el orbital 1s de cada uno de los átomos de hidrógeno.