Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2025

Dadas las siguientes moléculas: $\text{BF}_3$ y $\text{PH}_3$:

a) Razone en cuál de ellas el átomo central presenta algún par de electrones sin compartir. (0,5 puntos)

b) Justifique la geometría que presentan dichas moléculas. (0,5 puntos)

c) Justifique su polaridad. (0,5 puntos)

d) Nombre o formule los siguientes compuestos: (0,5 puntos)

d.1) Sulfuro de sodio [sulfuro de disodio]

d.2) Peróxido de calcio [dióxido de calcio]

d.3) Hidróxido de amonio

d.4) $\text{FeSeO}_4$

d.5) $\text{KMnO}_4$

$\textbf{a) Razone en cuál de ellas el átomo central presenta algún par de electrones sin compartir. (0,5 puntos)}$

Lo que decide es cuántos electrones de valencia aporta el átomo central y cuántos gasta en enlazar.

$\mathrm{BF_3}$: el boro es del grupo 13 y tiene 3 electrones de valencia ($2s^2\,2p^1$). Los emplea los tres en formar tres enlaces simples con los flúores, y no le queda ninguno suelto. Se queda con solo 6 electrones alrededor, así que es una de las excepciones clásicas a la regla del octeto.

$\mathrm{PH_3}$: el fósforo es del grupo 15 y tiene 5 electrones de valencia ($3s^2\,3p^3$). Usa tres en los enlaces con los hidrógenos y $\textbf{le sobran dos, que forman un par no enlazante}$.

Es, por tanto, en el $\mathrm{PH_3}$ donde el átomo central tiene un par de electrones sin compartir.

$\textbf{b) Justifique la geometría que presentan dichas moléculas. (0,5 puntos)}$

Según el modelo de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia, los pares que rodean al átomo central —enlazantes y no enlazantes— se separan lo máximo posible.

$\mathrm{BF_3}$: tres pares enlazantes y ninguno libre. Tres direcciones que se reparten el espacio dan una geometría $\textbf{trigonal plana}$, con ángulos F–B–F de 120°.

$\mathrm{PH_3}$: cuatro pares en total, tres enlazantes y uno libre. La disposición de los pares es tetraédrica, pero la geometría $\textbf{molecular}$, que solo atiende a dónde están los átomos, es una $\textbf{pirámide trigonal}$, con el fósforo en el vértice y los tres hidrógenos en la base. El par no enlazante ocupa más espacio que los enlazantes y comprime el ángulo H–P–H por debajo de los 109,5° del tetraedro.

$\textbf{c) Justifique su polaridad. (0,5 puntos)}$

Una molécula es polar si la suma vectorial de los momentos dipolares de sus enlaces no se anula, de modo que hay que mirar a la vez la polaridad de los enlaces y la geometría.

$\mathrm{BF_3}$: los enlaces B–F son muy polares, porque el flúor es el elemento más electronegativo y el boro uno de los menos. Pero los tres son idénticos y están a 120° en un mismo plano, apuntando hacia fuera desde el boro, así que sus momentos se cancelan exactamente. La molécula es $\textbf{apolar}$.

$\mathrm{PH_3}$: los enlaces P–H son casi apolares, porque las electronegatividades del fósforo y del hidrógeno son muy parecidas. Aun así, la molécula sí es $\textbf{polar}$: la forma piramidal impide que los tres momentos se anulen, y sobre todo el par no enlazante del fósforo constituye por sí mismo una zona de densidad electrónica que desplaza el centro de carga negativa hacia el vértice. Su momento dipolar es pequeño, pero no nulo.

El contraste entre ambas es lo que se pregunta: el $\mathrm{BF_3}$ tiene enlaces muy polares y es apolar, y el $\mathrm{PH_3}$ tiene enlaces poco polares y es polar. Manda la geometría.

$\textbf{d) Nombre o formule los siguientes compuestos: (0,5 puntos)}$

$\textbf{d.1)}$ Sulfuro de sodio [sulfuro de disodio] — $\mathrm{Na_2S}$. El sodio actúa con $+1$ y el azufre con $-2$, de ahí los dos sodios.

$\textbf{d.2)}$ Peróxido de calcio [dióxido de calcio] — $\mathrm{CaO_2}$. No es un óxido normal: contiene el grupo peroxo $\mathrm{O_2^{2-}}$, en el que el oxígeno actúa con $-1$.

$\textbf{d.3)}$ Hidróxido de amonio — $\mathrm{NH_4OH}$. El catión amonio, $\mathrm{NH_4^+}$, con un solo hidroxilo.

$\textbf{d.4)}$ $\mathrm{FeSeO_4}$ — $\textbf{seleniato de hierro(II)}$. El anión $\mathrm{SeO_4^{2-}}$ es el análogo del sulfato, con el selenio actuando con $+6$.

$\textbf{d.5)}$ $\mathrm{KMnO_4}$ — $\textbf{permanganato de potasio}$, o tetraoxomanganato(VII) de potasio. El manganeso actúa con $+7$, su número de oxidación máximo, y por eso es un oxidante tan enérgico.