Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2020

Indique, justificando brevemente la respuesta, si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) Cuando un átomo de A se combina mediante enlaces covalentes con 3 átomos de B, la molécula resultante, $\text{AB}_3$, siempre tendrá una estructura geométrica plana. [1 punto]

b) Existen moléculas apolares que, sin embargo, tienen enlaces polares. [1 punto]

$\textbf{a) Cuando un átomo de A se combina mediante enlaces covalentes con 3 átomos de B, la molécula resultante, AB₃, siempre tendrá una estructura geométrica plana. [1 punto]}$

$\textbf{Falsa}$, y la palabra que la hace falsa es «siempre».

La geometría no la decide el número de átomos unidos al central, sino el número $\textbf{total}$ de pares de electrones que lo rodean, enlazantes y no enlazantes, porque todos se repelen. Con tres átomos de B caben tres casos distintos:

Si el átomo central $\textbf{no tiene pares libres}$, las tres zonas de enlace se separan al máximo en un plano y la molécula es $\textbf{trigonal plana}$, con ángulos de 120°. Es el caso del $\mathrm{BF_3}$ o del $\mathrm{BCl_3}$.

Si tiene $\textbf{un par libre}$, hay cuatro zonas en total: se disponen en tetraedro y la molécula resulta una $\textbf{pirámide trigonal}$, con unos 107°. Es el caso del $\mathrm{NH_3}$ y del $\mathrm{PCl_3}$.

Si tiene $\textbf{dos pares libres}$, hay cinco zonas, con disposición de bipirámide trigonal, y la molécula adopta forma de $\textbf{T}$. Es el caso del $\mathrm{ClF_3}$.

Así que basta un contraejemplo —el amoníaco, que no es plano— para invalidar la afirmación.

$\textbf{b) Existen moléculas apolares que, sin embargo, tienen enlaces polares. [1 punto]}$

$\textbf{Verdadera}$, y es una de las ideas centrales del tema.

Un $\textbf{enlace}$ es polar cuando une átomos de distinta electronegatividad: el par compartido se desplaza hacia el más electronegativo y aparece un momento dipolar en ese enlace.

Una $\textbf{molécula}$ es polar cuando la $\textbf{suma vectorial}$ de los momentos de todos sus enlaces no es nula. Y esa suma depende de la geometría, no solo de la polaridad de cada enlace.

$\vec{\mu}_{\text{total}} = \sum \vec{\mu}_i$

Cuando la molécula es simétrica y todos los enlaces son equivalentes, los momentos se cancelan. Tres ejemplos:

$\mathrm{CO_2}$: lineal, con dos enlaces C=O muy polares que apuntan en sentidos opuestos y se anulan.

$\mathrm{CCl_4}$: tetraédrico, con cuatro enlaces C-Cl polares cuya resultante es nula.

$\mathrm{BF_3}$: trigonal plano, con tres enlaces B-F polarísimos repartidos a 120°.

Lo que no puede darse es lo contrario: una molécula con todos sus enlaces apolares no puede ser polar.