Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2024

a) Justifique la geometría y la polaridad de las moléculas siguientes según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV): $\mathrm{NH_3}$ (amoníaco) y $\mathrm{BCl_3}$ (tricloruro de boro).

b) Justifique si alguna de las moléculas anteriores podrá formar enlaces de hidrógeno.

c) Indique el significado del pictograma siguiente, que aparece en la ficha de seguridad química del amoníaco.

$\textbf{a) Justifique la geometría y la polaridad de las moléculas siguientes según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (TRPECV): NH₃ (amoníaco) y BCl₃ (tricloruro de boro).}$

La TRPECV cuenta los pares de electrones que rodean al átomo central, enlazantes y no enlazantes, y los coloca lo más separados posible, porque todos se repelen.

$\mathrm{NH_3}$: el nitrógeno aporta 5 electrones de valencia; emplea tres en los enlaces con los hidrógenos y $\textbf{le sobra un par no enlazante}$. Hay cuatro pares en total, que se disponen en tetraedro, pero como solo tres posiciones llevan átomo, la geometría $\textbf{molecular}$ es una $\textbf{pirámide trigonal}$. El ángulo H–N–H es de unos 107°, algo menor que los 109,5° del tetraedro perfecto, porque el par libre ocupa más espacio y comprime los enlaces.

Cada enlace N–H es polar, ya que el nitrógeno es más electronegativo que el hidrógeno. Al no ser simétrica la disposición, esos momentos no se cancelan, y además el par libre contribuye en el mismo sentido: el amoníaco es una molécula $\textbf{polar}$.

$\mathrm{BCl_3}$: el boro aporta solo 3 electrones de valencia y los usa los tres en enlaces, sin que le quede ningún par libre. Es una excepción a la regla del octeto, porque se queda rodeado de únicamente 6 electrones. Con tres zonas de enlace y ningún par libre, la geometría es $\textbf{trigonal plana}$, con ángulos de 120°.

Los enlaces B–Cl son polares, y bastante, pero los tres son idénticos y están repartidos a 120° en un mismo plano, de modo que su suma vectorial es nula:

$\vec\mu_{\text{total}} = \vec 0$

El $\mathrm{BCl_3}$ es, por tanto, una molécula $\textbf{apolar}$. La comparación entre las dos es el sentido del apartado: tener enlaces polares no basta para que la molécula lo sea; hace falta además que la geometría no los cancele.

$\textbf{b) Justifique si alguna de las moléculas anteriores podrá formar enlaces de hidrógeno.}$

Para que haya enlace de hidrógeno se han de cumplir dos condiciones: que la molécula tenga un hidrógeno unido directamente a flúor, oxígeno o nitrógeno, y que ese átomo electronegativo conserve pares de electrones no enlazantes que sirvan de aceptores.

El $\textbf{amoníaco sí}$ los forma: tiene tres hidrógenos unidos a nitrógeno y el nitrógeno conserva un par libre. Por eso el $\mathrm{NH_3}$ tiene un punto de ebullición anormalmente alto para su masa molecular, es muy soluble en agua y forma disoluciones básicas.

El $\textbf{tricloruro de boro no}$ puede formarlos, y por dos motivos independientes: no tiene ningún átomo de hidrógeno, y el cloro, aunque sea electronegativo, es demasiado voluminoso para dar enlaces de hidrógeno apreciables. Entre sus moléculas, apolares, solo actúan fuerzas de dispersión de London.

$\textbf{c) Indique el significado del pictograma siguiente, que aparece en la ficha de seguridad química del amoníaco.}$

Es el pictograma GHS07, el del signo de exclamación. Advierte de un peligro $\textbf{moderado}$ para la salud: sustancia nociva o irritante.

Cubre la toxicidad aguda de categoría baja, la irritación de la piel y de los ojos, la sensibilización cutánea y la irritación de las vías respiratorias. En el amoníaco corresponde sobre todo a esto último: sus vapores irritan de forma inmediata los ojos y el tracto respiratorio, que es la razón de su olor tan penetrante y de que deba manejarse en vitrina.

No debe confundirse con el GHS06 (calavera), que se reserva para la toxicidad aguda grave, ni con el GHS08 (busto humano), que señala efectos graves a largo plazo como la carcinogenicidad.