Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2025

Los halógenos son los elementos del grupo 17 de la tabla periódica y se caracterizan porque tienen siete electrones en la capa de valencia.



a) El tetracloruro de carbono ($\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_4$) es un disolvente orgánico apolar. Justifique la geometría y el carácter apolar de este compuesto a partir del modelo de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (TRPEV).

b) Indique, de manera razonada, cuál de los dos enlaces, $\mathrm{C}\text{-}\mathrm{C}\mathrm{l}$ o $\mathrm{C}\text{-}\mathrm{F}$, presentará una mayor longitud.

c) El triclorometano ($\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$) es líquido a 5 °C, mientras que el tribromometano ($\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_3$) es un sólido a esta misma temperatura. ¿Cómo justifica este hecho?

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{tetracloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{carbono}}\mathbf{\text{(CCl₄)}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{disolvente}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nico}}\mathbf{\text{apolar.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{car}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cter}}\mathbf{\text{apolar}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{modelo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{repulsi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{pares}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{capa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{valencia}}\mathbf{\text{(TRPEV).}}$

El punto de partida de la TRPEV es contar los pares de electrones que rodean al átomo central, enlazantes y no enlazantes, porque todos se repelen entre sí y se colocan lo más separados posible.

El carbono tiene cuatro electrones de valencia y los emplea los cuatro en formar sendos enlaces simples con los cloros, de modo que no le queda ningún par no enlazante. Cada cloro conserva tres pares libres, pero esos no cuentan para la geometría, que la fija el átomo central.

Con cuatro pares enlazantes y ninguno libre, la disposición que los separa al máximo es la $\mathbf{\text{tetra}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{drica}}$, con ángulos Cl–C–Cl de 109,5°. Aquí la geometría electrónica y la molecular coinciden, porque no hay pares libres que ocupen posiciones sin átomo.

En cuanto a la polaridad, cada enlace C–Cl $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}$ es polar, porque el cloro es bastante más electronegativo que el carbono y el par compartido se desplaza hacia él. Pero la polaridad de la molécula es la suma $\mathbf{\text{vectorial}}$ de los cuatro momentos dipolares, y la simetría del tetraedro hace que se cancelen exactamente:

${\vec{\mu }}_{\text{total}}=\sum {\vec{\mu }}_{\mathrm{C}-\mathrm{C}\mathrm{l}}=\vec{0}$

Por eso el $\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_4$ es una molécula apolar pese a tener cuatro enlaces polares, y por eso es buen disolvente de sustancias apolares.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{manera}}\mathbf{\text{razonada,}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{enlaces,}}\mathbf{\text{C-Cl}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{C-F,}}\mathbf{\text{presentar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{longitud.}}$

La longitud de un enlace simple es, aproximadamente, la suma de los radios atómicos de los dos átomos que lo forman. El carbono es el mismo en ambos casos, así que decide el halógeno.

El flúor y el cloro están en el mismo grupo, el 17, pero el flúor pertenece al periodo 2 y el cloro al periodo 3. Al bajar en un grupo se añade una capa electrónica, de modo que el radio atómico aumenta:

$r(\mathrm{F})<r(\mathrm{C}\mathrm{l})$

Por tanto, el enlace $\mathbf{\text{C-Cl}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{largo}}$ que el C–F. Y, como consecuencia, también es más débil: cuanto mayor es la distancia entre los núcleos, menor es la energía de enlace.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{triclorometano}}\mathbf{\text{(CHCl₃)}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{5}}\mathbf{\text{°C,}}\mathbf{\text{mientras}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tribromometano}}\mathbf{\text{(CHBr₃)}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{misma}}\mathbf{\text{temperatura.}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{justifica}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{hecho?}}$

El estado de agregación no depende de la fuerza de los enlaces dentro de la molécula, sino de las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{intermoleculares}}$ que hay que vencer para separar unas moléculas de otras.

Las dos moléculas son muy parecidas: la misma geometría tetraédrica, el mismo tipo de enlaces y un momento dipolar del mismo orden. Lo que las distingue es el tamaño y el número de electrones de los halógenos.

El bromo tiene muchos más electrones que el cloro y su nube electrónica está mucho menos sujeta al núcleo, es decir, es más $\mathbf{\text{polarizable}}$. Eso hace que las fuerzas de dispersión de London, que son dipolo instantáneo - dipolo inducido, sean claramente mayores en el $\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_3$ que en el $\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$.

Al ser más intensas las fuerzas intermoleculares, hace falta más energía para separar las moléculas, de modo que los puntos de fusión y de ebullición del tribromometano son más altos y a 5 °C todavía está en estado sólido, mientras que el triclorometano ya se ha fundido.