Ejercicios: Teoría VSEPR y estructuras de puntos de electrones

Dibuja la estructura de puntos de electrones (de Lewis) del metano, $\text{CH}_4$. Indica cuántos pares enlazantes y cuántos pares libres rodean al átomo central de carbono, y nombra la geometría molecular.

Con tus propias palabras, indica qué significa VSEPR (repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia) y qué dice la teoría sobre cómo se acomodan los pares de electrones alrededor de un átomo central. Luego nombra la geometría de una molécula con dos pares enlazantes y ningún par libre en el átomo central, como el $\text{CO}_2$.

Clasifica cada molécula como lineal, angular, trigonal plana, piramidal trigonal o tetraédrica: (a) $\text{H}_2\text{O}$, (b) $\text{NH}_3$, (c) $\text{BF}_3$.

El amoníaco, $\text{NH}_3$, y el metano, $\text{CH}_4$, tienen cuatro pares de electrones alrededor del átomo central, pero sus formas moleculares son distintas. Dibuja la estructura de puntos de cada uno, indica la geometría de los pares de electrones y la geometría molecular de cada uno, y explica por qué las formas son diferentes.

Emma estudia para un examen de química. Dibuja la estructura del $\text{H}_2\text{O}$ como una línea recta, H-O-H, con un ángulo de $180^\circ$. Explica qué está mal en su predicción usando el número de pares libres del oxígeno. Luego indica el ángulo de enlace aproximado en el agua real y compáralo con el ángulo en el metano.

Para el $\text{CH}_2\text{O}$ (formaldehído, con el carbono como átomo central unido a dos átomos de H y un átomo de O), cuenta los electrones de valencia totales, dibuja la estructura de puntos de electrones incluyendo cualquier enlace doble y predice la geometría molecular. Explica por qué en VSEPR un enlace doble se trata como una sola región de densidad electrónica.

Compara $\text{BF}_3$, $\text{NF}_3$ y $\text{CF}_4$. Para cada uno, cuenta los electrones de valencia, dibuja la estructura de puntos de electrones e identifica el número de pares enlazantes y libres en el átomo central. Luego da la geometría molecular y el ángulo de enlace aproximado de cada uno, y argumenta por qué el $\text{BF}_3$ es plano y el $\text{NF}_3$ no lo es, aunque ambos tienen tres átomos de flúor.

Un estudiante afirma: «Toda molécula con enlaces polares tiene que ser una molécula polar». Pon a prueba esta afirmación con $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ y $\text{CCl}_4$. Para cada molécula, dibuja la estructura de puntos de electrones, indica la geometría, describe la dirección de los dipolos de enlace y decide si la molécula es polar. Indica si la afirmación es correcta y justifica tu respuesta.