Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2021

Sean las moléculas: ${\text{BF}}_3$, ${\text{PH}}_3$ y ${\text{CH}}_4$:

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 las moléculas ${\text{BF}}_3$ y ${\text{PH}}_3$ según la TRPECV. [0,5 puntos]

c) Indique la hibridación que presenta el átomo central en ${\text{CH}}_4$. [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellas}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{central}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{alg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{par}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{sin}}\mathbf{\text{compartir.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Se cuentan los electrones de valencia del átomo central y se ve cuántos gasta en enlaces.

$\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3$: el boro tiene 3 electrones de valencia y forma 3 enlaces. No le sobra ninguno; de hecho se queda con solo seis electrones alrededor, una excepción a la regla del octeto.

$\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$: el fósforo tiene 5 y forma 3 enlaces. Le sobran 2 electrones, es decir, $\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{par}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{enlazante}}$.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$: el carbono tiene 4 y forma 4 enlaces. Tampoco le sobra ninguno.

Solo el $\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$ tiene un par sin compartir sobre el átomo central.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{presentan}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{BF₃}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{PH₃}}\mathbf{\text{seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{TRPECV.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La teoría dice que todos los pares que rodean al átomo central, enlazantes o no, se separan lo más posible entre sí.

$\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3$: tres zonas y ninguna libre. Se reparten en un plano a 120° y la geometría es trigonal plana.

$\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$: cuatro zonas, tres de enlace y una libre. Los pares se disponen en tetraedro, pero la geometría molecular, que solo mira dónde están los átomos, es una pirámide trigonal. El par libre ocupa más espacio y comprime el ángulo por debajo de 109,5°.

El apartado anterior es lo que separa a las dos: sin par libre, la molécula queda plana; con él, se dobla.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{hibridaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{central}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{CH₄.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El carbono está rodeado de cuatro zonas electrónicas, todas de enlace. Para dirigir cuatro enlaces equivalentes hacia los vértices de un tetraedro, combina su orbital $2s$ con los tres $2p$:

$s{p}^3$

Los cuatro híbridos son idénticos y forman ángulos de 109,5°, que es justo el ángulo H-C-H medido en el metano.