PAU Madrid: química (junio 2026) - ejercicio 2A (8682)

, por F_y_Q

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Considera los siguientes compuestos: LiF, $$$ \text{PCl}_3$$$, $$$ \text{CH}_3\text{Br}$$$ y LiI.

a) Para los compuestos covalentes, indica la geometría molecular según la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV), y la hibridación del átomo central. Justifica la polaridad.

b) Justifica cuál de los sólidos iónicos tiene mayor energía de red, suponiendo que todos cristalizan con el mismo tipo de red.

c) Explica razonadamente qué tipo de interacciones hay que vencer en cada uno de los siguientes procesos: i) ebullición del $$$ \text{CH}_3\text{Br}$$$, ii) fusión del LiF.

P.-S.

Lo primero que debes tener claro para resolver el ejercicio es qué tipo de compuesto es cada uno. Son compuestos iónicos el LiF y el LiI, siendo compuestos covalentes el $$$ \text{PCl}_3$$$ y el $$$ \text{CH}_2\text{Br}$$$.

a) tricloruro de fósforo ($$$ \text{PCl}_3$$$).

El átomo central, el fósforo, tiene cinco electrones de valencia y está unido a tres átomos de cloro por medio de tres enlaces simples, por lo que tiene alrededor tres pares de electrones de enlace y un par de electrones solitarios. Los cuatro pares de electrones se disponen en una estructura electrónica tetraédrica, pero su geometría molecular no coincide porque hay un par solitario, siendo una geometría de $$$ \color{firebrick}{\bf \text{pirámide trigonal}}$$$.

Los cuatro pares de electrones se han de disponer en cuatro orbitales híbridos, por lo que es necesario combinar cuatro orbitales atómicos, resultando una hibridación del tipo $$$ \color{firebrick}{\bf \text{sp}^3}$$$.

Se trata de una molécula $$$ \color{firebrick}{\bf polar}$$$ por tener un par de electrones solitario.

bromometano ($$$ \text{CH}_3\text{Br}$$$).

El átomo de carbono, que es el átomo central, tiene cuatro electrones de valencia y forma cuatro enlaces con los tres átomos de hidrógeno y el de bromo. Su estructura electrónica también es tetraédrica y coincide con su geometría molecular porque no tiene pares de electrones solitarios. Su geometría molecular es $$$ \color{firebrick}{\bf \text{tetraédrica}}$$$.

Al igual que en el caso anterior, son necesarios cuatro orbitales híbridos para colocar los cuatro pares de electrones, por lo que su hibridación es del tipo $$$ \color{firebrick}{\bf \text{sp}^3}$$$.

Como el enlace entre el C y el Br es un enlace polar, y la molécula no es simétrica porque es un tetraedro deformado, el momento dipolar resultante es distinto de cero, por lo que la molécula es $$$ \color{firebrick}{\bf polar}$$$.

b) La energía de red, o energía reticular, puede ser estimada según la ecuación de Born-Landé:

$$$ \color{forestgreen}{\bf U = - \dfrac{N_A\cdot A\cdot \vert{}z^+ \cdot z^-\vert{} \cdot e^2}{4 \pi \varepsilon_0 \cdot r_0} \left( 1 - \frac{1}{n} \right)}$$$

Como se puede ver, esta energía reticular es directamente proporcional al producto de las cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia entre ellos. Las cargas de los iones son las mismas en ambos compuestos y el catión es común, por lo que debes centrar la atención en el tamaño de los aniones. Como el anión yoduro es mayor que el anión fluoruro, la energía reticular del LiF será mayor que la del LiI, es decir, $$$ \color{firebrick}{\bf U_{LiF} \gt U_{LiI}}$$$.

c) i) Ebullición del $$$ \text{CH}_3\text{Br}$$$:

Al ser un compuesto covalente molecular, para que se dé el cambio de estado se deben vencer las fuerzas intermoleculares que se dan en este compuesto. Se trata de $$$ \color{firebrick}{\bf \text{fuerzas de Van der Waals}}$$$, que son fuerzas dipolo-dipolo porque la molécula es polar. No tenemos en cuenta las fuerzas de London porque son de una entidad sensiblemente menor.

ii) Fusión del LiF:

Como se trata de un cristal iónico, el cambio de estado requiere romper la red cristalina y eso implica vencer las $$$ \color{firebrick}{\bf \text{fuerzas de atracción electrostáticas}}$$$ entre los iones de la red.

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