Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2022

Considerando las moléculas siguientes: $\mathrm{CCl_4}$, $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{BeCl_2}$.

a) Explique la geometría de la molécula de $\mathrm{CCl_4}$ a partir de la teoría de la repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV).

b) ¿Qué tipo de hibridación presenta el átomo central de la molécula de $\mathrm{BeCl_2}$? Razone la respuesta.

c) Indique de forma razonada la polaridad de las moléculas $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{BeCl_2}$.

$\textbf{a) Explique la geometría de la molécula de CCl₄ a partir de la teoría de la repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRPECV).}$

La TRPECV parte de contar los pares de electrones que rodean al átomo central, enlazantes y no enlazantes, porque todos se repelen entre sí y se sitúan lo más separados posible.

El carbono aporta 4 electrones de valencia y los emplea los cuatro en formar sendos enlaces simples con los cloros, de modo que $\textbf{no le queda ningún par no enlazante}$. Cada cloro conserva tres pares libres, pero esos no influyen en la geometría, que la determina el átomo central.

Cuatro pares enlazantes se separan al máximo dirigiéndose hacia los vértices de un tetraedro:

$\text{geometría } \textbf{tetraédrica},\quad \text{ángulos Cl-C-Cl de } 109{,}5^\circ$

Al no haber pares libres, la geometría electrónica y la molecular coinciden y los cuatro ángulos son exactamente iguales. Corresponde a una hibridación $sp^3$ del carbono.

$\textbf{b) ¿Qué tipo de hibridación presenta el átomo central de la molécula de BeCl₂? Razone la respuesta.}$

Hacen falta tantos orbitales híbridos como zonas electrónicas rodeen al átomo central.

El berilio aporta solo 2 electrones de valencia y los emplea los dos en enlaces, sin que le quede ningún par libre; es una excepción a la regla del octeto, porque se queda rodeado de 4 electrones. Hay, por tanto, dos zonas.

Para orientar dos enlaces equivalentes se combinan un orbital $2s$ y un orbital $2p$:

$\text{hibridación } sp$

Los dos híbridos resultantes apuntan en direcciones opuestas, separados 180°, de modo que la molécula es $\textbf{lineal}$.

$\textbf{c) Indique de forma razonada la polaridad de las moléculas NH₃ y BeCl₂.}$

En ambos casos los enlaces son polares, así que lo que decide es la geometría: la polaridad de la molécula es la suma $\textbf{vectorial}$ de los momentos dipolares de sus enlaces.

$\mathrm{NH_3}$: el nitrógeno tiene tres pares enlazantes y uno libre, cuatro en total, de modo que los pares se disponen en tetraedro y la geometría molecular es una $\textbf{pirámide trigonal}$. Esa forma no es simétrica, los tres momentos dipolares no se cancelan y además el par no enlazante contribuye en el mismo sentido. El amoníaco es $\textbf{polar}$.

$\mathrm{BeCl_2}$: la molécula es lineal, con los dos enlaces Be–Cl idénticos y apuntando en sentidos opuestos desde el berilio. Sus momentos dipolares tienen el mismo módulo y sentidos contrarios, así que se cancelan exactamente:

$\vec\mu_{\text{total}} = \vec\mu_1 + \vec\mu_2 = \vec 0$

El $\mathrm{BeCl_2}$ es $\textbf{apolar}$, pese a que sus enlaces sean muy polares. El contraste entre las dos moléculas es justamente el sentido del apartado: los enlaces polares son condición necesaria pero no suficiente para que la molécula lo sea.