Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · Andalucía · 2024

Dadas las siguientes moléculas $\text{NCl}_3$ y $\text{BCl}_3$:

a) Explique por qué el $\text{NCl}_3$ presenta carácter polar y, sin embargo, el $\text{BCl}_3$ es apolar. [0,5 puntos]

b) Justifique la solubilidad en agua de ambas sustancias. [0,5 puntos]

c) Indique la hibridación del átomo central en cada una de las moléculas. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Explique por qué el NCl₃ presenta carácter polar y, sin embargo, el BCl₃ es apolar. [0,5 puntos]}$

En los dos casos los enlaces son polares, porque el cloro es más electronegativo que el nitrógeno y bastante más que el boro. Lo que decide es la geometría, que se saca contando los pares alrededor del átomo central.

$\mathrm{NCl_3}$: el nitrógeno tiene cinco electrones de valencia, gasta tres en los enlaces y le queda un par no enlazante. Cuatro zonas en total, con una de ellas libre: la geometría molecular es una pirámide trigonal.

$\mathrm{BCl_3}$: el boro solo tiene tres electrones de valencia y los usa los tres, sin que le quede ningún par libre (es una excepción a la regla del octeto: se queda con seis electrones). Tres zonas y ninguna libre: geometría trigonal plana.

En el $\mathrm{BCl_3}$ los tres dipolos son iguales y están a 120° en un plano, así que su suma vectorial es nula y la molécula es apolar. En el $\mathrm{NCl_3}$ la pirámide rompe esa simetría y los tres dipolos no se cancelan, de modo que la molécula es polar.

$\textbf{b) Justifique la solubilidad en agua de ambas sustancias. [0,5 puntos]}$

La regla es que lo semejante disuelve a lo semejante: el agua, muy polar, disuelve bien lo polar y mal lo apolar.

El $\mathrm{NCl_3}$, al ser polar, puede establecer interacciones dipolo-dipolo con las moléculas de agua, así que es apreciablemente soluble.

El $\mathrm{BCl_3}$, apolar, solo tendría fuerzas de dispersión con el agua, mucho más débiles que los puentes de hidrógeno que las moléculas de agua ya tienen entre sí: por polaridad no se disolvería.

$\textbf{c) Indique la hibridación del átomo central en cada una de las moléculas. [0,5 puntos]}$

La hibridación se lee del número total de zonas electrónicas alrededor del átomo central, contando también los pares libres.

$\mathrm{NCl_3}$: cuatro zonas (tres enlaces y un par libre) $\Rightarrow$ hibridación $sp^3$, con los pares dirigidos hacia los vértices de un tetraedro.

$\mathrm{BCl_3}$: tres zonas (tres enlaces, ningún par libre) $\Rightarrow$ hibridación $sp^2$, con los tres híbridos en un plano a 120°.