Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2021

2. I) Represente la estructura de Lewis de la fosfina, $\mathrm{PH_3}$, y en base a ella explique la geometría y polaridad de dicha molécula. (1,0 p)
II) Explique por qué el punto de ebullición del $\mathrm{NH_3}$ (−33ºC) es mucho mayor que el de la fosfina, $\mathrm{PH_3}$ (−87,7 ºC). (0,5 p)
III) Las siguientes sustancias son sólidas a temperatura ambiente: C, S, $\mathrm{I_2}$ y Au. ¿Cuál de ellas es un sólido dúctil y maleable? Justifique su respuesta. (0,5 p)

$\textbf{I) Represente la estructura de Lewis de la fosfina, PH}_3\textbf{, y en base a ella explique la geometría y polaridad de dicha molécula. (1{,}0 p)}$

El fósforo aporta 5 electrones de valencia y cada hidrógeno 1, ocho en total. El fósforo emplea tres en formar sendos enlaces simples y le sobra un par no enlazante.



En cuanto a la geometría, el fósforo está rodeado por cuatro pares de electrones: tres enlazantes y uno libre. Los cuatro se repelen y se disponen en tetraedro, pero la geometría $\textbf{molecular}$, que solo mira dónde están los átomos, es una $\textbf{pirámide trigonal}$, con el fósforo en el vértice.

Y en cuanto a la polaridad, los enlaces P–H son polares, aunque poco, porque el fósforo es algo más electronegativo que el hidrógeno. Lo decisivo es que la forma piramidal no permite que los tres momentos dipolares se cancelen: la molécula es $\textbf{polar}$.

$\textbf{II) Explique por qué el punto de ebullición del NH}_3\textbf{ es mucho mayor que el de la fosfina, PH}_3\textbf{. (0{,}5 p)}$

Las dos moléculas son polares y piramidales, así que en ambas hay interacciones dipolo-dipolo. La diferencia está en un tipo de interacción adicional que solo una de ellas puede formar.

En el amoníaco el hidrógeno está unido a $\textbf{nitrógeno}$, un átomo pequeño y muy electronegativo, y eso permite el $\textbf{enlace de hidrógeno}$, la más intensa de las fuerzas intermoleculares.

En la fosfina el hidrógeno está unido a fósforo, mucho mayor y bastante menos electronegativo, de modo que no se forman enlaces de hidrógeno.

Hacen falta, por tanto, muchos más grados para separar las moléculas de amoníaco, y de ahí la diferencia de más de cincuenta grados entre ambos puntos de ebullición.

$\textbf{III) ¿Cuál de ellas es un sólido dúctil y maleable? Justifique su respuesta. (0{,}5 p)}$

El $\textbf{Au}$, el oro, que es el único metal de los cuatro: el carbono y el azufre son no metales y el $\mathrm{I_2}$ es un sólido molecular.

La ductilidad y la maleabilidad son propiedades características del enlace metálico. Los cationes están inmersos en una nube de electrones deslocalizados que no pertenecen a ningún átomo concreto, de modo que las capas de la red pueden deslizarse unas sobre otras sin que el enlace se rompa: el metal se deforma en hilos o en láminas en vez de partirse.

En un sólido iónico o covalente, ese mismo desplazamiento enfrentaría cargas del mismo signo o rompería enlaces dirigidos, y el material se fracturaría.