Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2026

$\mathbf{\text{2A)}}$ Considere los siguientes compuestos: $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$, $\mathrm{P}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$, $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{B}\mathrm{r}$ y $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{I}$.

a) $\mathit{\text{(1}}\mathit{\text{punto)}}$ Para los compuestos covalentes, indique 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. Justifique la polaridad.
b) $\mathit{\text{(1}}\mathit{\text{punto)}}$ Justifique cuál de los sólidos iónicos tiene mayor energía de red, suponiendo que todos cristalizan con el mismo tipo de red.
c) $\mathit{\text{(0,5}}\mathit{\text{puntos)}}$ Explique razonadamente qué tipo de interacciones hay que vencer en cada uno de los siguientes procesos: $\mathit{\text{i)}}$ ebullición del $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{B}\mathrm{r}$, $\mathit{\text{ii)}}$ fusión del $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Para}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{covalentes,}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{teor}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{repulsi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{pares}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{capa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{valencia}}\mathbf{\text{(TRPECV),}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{hibridaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{central.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{polaridad.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

De los cuatro compuestos, los covalentes son los formados solo por no metales: $\mathrm{P}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$ y $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{B}\mathrm{r}$. El $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$ y el $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{I}$ son iónicos, porque unen un metal alcalino con un halógeno.

$\mathrm{P}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$: el fósforo tiene 5 electrones de valencia; emplea 3 en los enlaces y le queda $\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{par}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{enlazante}}$. Son 4 zonas de densidad electrónica alrededor del átomo central, luego la hibridación es $s{p}^3$ y los pares se disponen en tetraedro; la geometría $\mathbf{\text{molecular}}$, que solo mira dónde están los átomos, es una $\mathbf{\text{pir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mide}}\mathbf{\text{trigonal}}$, con ángulos algo menores de 109,5° porque el par libre ocupa más espacio. Cada enlace P–Cl es polar y la forma piramidal no permite que se cancelen: la molécula es $\mathbf{\text{polar}}$.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{B}\mathrm{r}$: el carbono tiene 4 electrones de valencia y forma cuatro enlaces simples sin que le quede ningún par libre. Cuatro zonas de enlace: hibridación $s{p}^3$ y geometría $\mathbf{\text{tetra}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{drica}}$. Los enlaces C–H son casi apolares, pero el C–Br sí es claramente polar y no hay otro equivalente que lo compense: la molécula es $\mathbf{\text{polar}}$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lidos}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicos}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{red,}}\mathbf{\text{suponiendo}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{todos}}\mathbf{\text{cristalizan}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{red.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Los sólidos iónicos son el $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$ y el $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{I}$. La energía de red mide la fuerza con la que se mantiene unida la red, y según la ecuación de Born-Landé es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional a la distancia entre los iones:

$\mathrm{\mid }U\mathrm{\mid }\propto \frac{\mathrm{\mid }{z}_{+}\cdot z_{-}\mathrm{\mid }}{r_{+}+r_{-}}$

Los dos tienen las mismas cargas ($+1$ y $-1$) y comparten catión, así que lo único que los distingue es el tamaño del anión. Fluoruro y yoduro están en el mismo grupo, y el radio crece al bajar en él porque se añaden capas, $r({\mathrm{F}}^{-})<r({\mathrm{I}}^{-})$. Al ser menor la distancia entre los centros de los iones en el $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$, la atracción electrostática es más intensa y la energía de red, mayor:

$\mathrm{\mid }U(\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F})\mathrm{\mid }>\mathrm{\mid }U(\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{I})\mathrm{\mid }$

Se comprueba en sus puntos de fusión: el del $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$ es muy superior al del $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{I}$.

${\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{interacciones}}\mathbf{\text{hay}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{vencer}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{procesos:}}\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{ebullici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{CH}}}_3\mathbf{\text{Br,}}\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{fusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{LiF.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Conviene distinguir bien qué se rompe en un cambio de estado: nunca los enlaces internos de la molécula, sino lo que mantiene unidas unas partículas con otras.

$\mathbf{\text{i)}}$ El $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{B}\mathrm{r}$ es molecular. Al hervir, las moléculas se separan pero siguen siendo $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{B}\mathrm{r}$: los enlaces covalentes no se tocan. Se vencen las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{intermoleculares}}$ de van der Waals, dipolo-dipolo por ser la molécula polar, más las de dispersión de London. No hay enlaces de hidrógeno, porque el hidrógeno no está unido a F, O ni N.

$\mathbf{\text{ii)}}$ El $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$ no está formado por moléculas, sino por una red tridimensional de iones $\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}$ y ${\mathrm{F}}^{-}$. Para fundirlo hay que vencer las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{electrost}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ticas}}$ entre iones de signo contrario, es decir, aportar la energía de red del apartado anterior.

Esa diferencia explica el contraste de temperaturas: el $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{B}\mathrm{r}$ hierve por debajo de la temperatura ambiente, mientras que el $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$ funde por encima de los 800 °C.