Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2025

$\textbf{2B)}$ Responda a las siguientes cuestiones relacionadas con las moléculas tricloruro de boro, ácido etanoico y clorometano.

a) $\textit{(0,5 puntos)}$ Dibuje la estructura de Lewis de cada molécula.
b) $\textit{(1 punto)}$ Determine la geometría molecular a partir de la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV) del tricloruro de boro y el clorometano. Indique la polaridad de esas moléculas y las fuerzas intermoleculares que se establecen.
c) $\textit{(0,5 puntos)}$ Justifique cuál de las tres moléculas presenta mayor temperatura de ebullición.
d) $\textit{(0,5 puntos)}$ Indique la hibridación de cada uno de los átomos de carbono de las moléculas dadas.

$\textbf{a) Dibuje la estructura de Lewis de cada molécula. (0{,}5 puntos)}$

En cada caso se cuentan los electrones de valencia y se reparten formando enlaces hasta completar los octetos.

$\mathrm{BCl_3}$: el boro aporta 3 electrones y cada cloro 7, en total 24. El boro forma tres enlaces simples y no le queda ningún par no enlazante; cada cloro conserva tres. Es una $\textbf{excepción al octeto}$: el boro se queda rodeado de solo 6 electrones.

$\mathrm{CH_3COOH}$: el carbono del metilo forma cuatro enlaces simples, tres con hidrógenos y uno con el otro carbono. El carbono del grupo carboxilo forma un $\textbf{doble enlace}$ con un oxígeno y sendos enlaces simples con el otro oxígeno y con el metilo. El oxígeno del carbonilo conserva dos pares no enlazantes; el del hidroxilo, unido al carbono y al hidrógeno, conserva otros dos.

$\mathrm{CH_3Cl}$: el carbono aporta 4 electrones, el cloro 7 y los hidrógenos 1 cada uno, en total 14. El carbono forma cuatro enlaces simples y no le queda ningún par libre; el cloro conserva tres pares no enlazantes.

$\textbf{b) Determine la geometría molecular a partir de la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV) del tricloruro de boro y el clorometano. Indique la polaridad de esas moléculas y las fuerzas intermoleculares que se establecen. (1 punto)}$

$\mathrm{BCl_3}$: tres zonas de densidad electrónica alrededor del boro, todas de enlace, y ningún par libre. Se separan lo máximo posible dentro de un plano, así que la geometría es $\textbf{trigonal plana}$, con ángulos de 120°.

Cada enlace B–Cl es polar, porque el cloro es más electronegativo, pero los tres momentos dipolares son iguales y están a 120° en un plano: su suma vectorial es nula. La molécula es $\textbf{apolar}$ y solo presenta $\textbf{fuerzas de dispersión de London}$.

$\mathrm{CH_3Cl}$: cuatro zonas de enlace y ningún par libre. Geometría $\textbf{tetraédrica}$, algo deformada porque el cloro es mucho más voluminoso que el hidrógeno.

Aquí no hay simetría que compense nada: los enlaces C–H son casi apolares y el C–Cl es claramente polar, de modo que la molécula es $\textbf{polar}$. Presenta fuerzas $\textbf{dipolo-dipolo}$ además de las de dispersión. No hay enlace de hidrógeno, porque sus hidrógenos están unidos al carbono.

$\textbf{c) Justifique cuál de las tres moléculas presenta mayor temperatura de ebullición. (0{,}5 puntos)}$

La temperatura de ebullición mide lo que cuesta separar unas moléculas de otras, así que gana la que tenga las fuerzas intermoleculares más intensas.

El $\mathrm{BCl_3}$ es apolar y solo tiene dispersión; el $\mathrm{CH_3Cl}$ es polar y suma dipolo-dipolo. Pero el $\textbf{ácido etanoico}$ va mucho más lejos: tiene un hidrógeno unido directamente a un oxígeno, así que forma $\textbf{enlaces de hidrógeno}$, las fuerzas intermoleculares más intensas. Y además los forma dobles, porque cada molécula puede donar por su $-\mathrm{OH}$ y aceptar por el oxígeno de su carbonilo, de modo que se asocian por parejas formando dímeros muy estables.

La mayor temperatura de ebullición corresponde, por tanto, al ácido etanoico.

$\textbf{d) Indique la hibridación de cada uno de los átomos de carbono de las moléculas dadas. (0{,}5 puntos)}$

Basta contar las zonas de densidad electrónica en torno a cada carbono, entendiendo que un enlace múltiple cuenta como una sola zona.

Ácido etanoico, carbono del metilo: cuatro enlaces simples, cuatro zonas $\Rightarrow sp^3$.

Ácido etanoico, carbono del carboxilo: tres zonas (el doble enlace al oxígeno, el enlace al $-\mathrm{OH}$ y el enlace al metilo) $\Rightarrow sp^2$, con geometría plana a su alrededor.

Clorometano, único carbono: cuatro enlaces simples $\Rightarrow sp^3$.

El tricloruro de boro no contiene carbono; su átomo central, el boro, tiene tres zonas de enlace y por tanto hibridación $sp^2$.