Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2025

a) Dadas las moléculas $\text{H}_{2}\text{S}$ y $\text{PF}_{3}$, razone en cuál o cuáles de ellas el átomo central presenta algún par de electrones sin compartir. [0,5 puntos]

b) Justifique la geometría que presenta la molécula de $\text{PF}_{3}$. [0,5 puntos]

c) Indique la hibridación del átomo central del $\text{H}_{2}\text{S}$. [0,5 puntos]

d) ¿Por qué la molécula $\text{BF}_{3}$ es apolar? [0,5 puntos]

$\textbf{a) Dadas las moléculas H₂S y PF₃, razone en cuál o cuáles de ellas el átomo central presenta algún par de electrones sin compartir. [0,5 puntos]}$

Se cuentan los electrones de valencia del átomo central y se descuentan los que emplea en formar enlaces; el resto quedan como pares solitarios.

El azufre pertenece al grupo 16 y tiene seis electrones de valencia. En el $\mathrm{H_2S}$ comparte dos con los dos hidrógenos:

$\dfrac{6-2}{2}=2\ \text{pares sin compartir}$

El fósforo pertenece al grupo 15 y tiene cinco electrones de valencia. En el $\mathrm{PF_3}$ comparte tres con los tres flúor:

$\dfrac{5-3}{2}=1\ \text{par sin compartir}$

Las dos moléculas tienen pares de electrones sin compartir sobre el átomo central: dos en el sulfuro de hidrógeno y uno en el trifluoruro de fósforo.

$\textbf{b) Justifique la geometría que presenta la molécula de PF₃. [0,5 puntos]}$

La geometría se deduce con la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia, que coloca las direcciones electrónicas lo más separadas posible.

$3\ \text{pares enlazantes}+1\ \text{par solitario}=4\ \text{direcciones}$

Cuatro direcciones se disponen hacia los vértices de un tetraedro, lo que corresponde a una hibridación $sp^{3}$ del fósforo. Ahora bien, la geometría molecular solo tiene en cuenta las posiciones de los átomos, no la del par solitario.

Con tres flúor en tres vértices y el par solitario en el cuarto, la molécula de $\mathrm{PF_3}$ es una pirámide trigonal. Además, el par solitario ocupa más espacio que los enlazantes y comprime los ángulos por debajo de los $109{,}5^{\circ}$ del tetraedro regular.

$\textbf{c) Indique la hibridación del átomo central del H₂S. [0,5 puntos]}$

Contamos de nuevo las direcciones electrónicas alrededor del átomo central.

$2\ \text{pares enlazantes}+2\ \text{pares solitarios}=4\ \text{direcciones}$

Cuatro direcciones exigen cuatro orbitales híbridos equivalentes, que se obtienen combinando el orbital $\mathrm{3s}$ con los tres $\mathrm{3p}$ del azufre.

La hibridación del azufre en el $\mathrm{H_2S}$ es $sp^{3}$, con disposición tetraédrica de los pares y geometría molecular angular.

$\textbf{d) ¿Por qué la molécula BF₃ es apolar? [0,5 puntos]}$

La polaridad de una molécula no depende solo de la de sus enlaces, sino también de cómo estén orientados en el espacio: es la suma vectorial de los momentos dipolares de enlace.

Cada enlace B–F es marcadamente polar, porque el flúor es el elemento más electronegativo y atrae hacia sí la densidad electrónica.

$3\ \text{pares enlazantes}+0\ \text{pares solitarios}=3\ \text{direcciones}$

Tres direcciones se separan al máximo en un plano, con ángulos de $120^{\circ}$: la molécula es triangular plana y perfectamente simétrica.

$\vec\mu_1+\vec\mu_2+\vec\mu_3=\vec 0$

Los tres vectores, iguales en módulo y a $120^{\circ}$ entre sí, se anulan. Por eso el $\mathrm{BF_3}$ es apolar a pesar de tener tres enlaces polares.