Ejercicio resuelto de Geometría molecular · Química · 2024

B.1 Para cada una de las moléculas $\mathrm{P}{\mathrm{F}}_3$ y $\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$

a) (0,5 puntos) Indique su geometría molecular según la teoría RPECV.
b) (0,5 puntos) Indique la hibridación que presenta el átomo central.
c) (0,5 puntos) Justifique su polaridad y escriba el tipo de fuerzas intermoleculares que presenta.
d) (0,5 puntos) Razone cuál de ellas es más soluble en agua.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{geometr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{teor}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{RPECV.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Lo que decide la geometría es el número de zonas de densidad electrónica alrededor del átomo central, enlazantes y no enlazantes, porque todas se repelen entre sí.

$\mathrm{P}{\mathrm{F}}_3$: el fósforo tiene 5 electrones de valencia; emplea 3 en los enlaces con los flúor y le queda $\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{par}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{enlazante}}$. Son 4 zonas, que se disponen en tetraedro, pero la geometría $\mathbf{\text{molecular}}$, que solo atiende a dónde están los átomos, es una $\mathbf{\text{pir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mide}}\mathbf{\text{trigonal}}$, con ángulos algo menores de 109,5° porque el par libre ocupa más espacio.

$\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$: el boro tiene 3 electrones de valencia y los usa todos en enlaces, sin que le quede ningún par libre; es una excepción al octeto, porque se queda rodeado de solo 6 electrones. Con 3 zonas, la geometría es $\mathbf{\text{trigonal}}\mathbf{\text{plana}}$, con ángulos de 120°.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{hibridaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{central.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La hibridación se lee del mismo recuento de zonas: cuatro zonas exigen cuatro orbitales híbridos y tres zonas, tres.

$\mathrm{P}{\mathrm{F}}_3$: cuatro zonas alrededor del fósforo $\Rightarrow s{p}^3$.

$\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$: tres zonas alrededor del boro $\Rightarrow s{p}^2$, y le queda un orbital $p$ vacío perpendicular al plano, que es lo que convierte al $\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$ en un ácido de Lewis.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{polaridad}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{intermoleculares}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{presenta.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En ambos casos los enlaces son polares, porque tanto el flúor como el cloro son más electronegativos que el átomo central. Lo que los distingue es la geometría.

$\mathrm{P}{\mathrm{F}}_3$ es $\mathbf{\text{polar}}$: la forma piramidal no permite que los tres momentos dipolares se cancelen, y además el par no enlazante contribuye en el mismo sentido. Presenta fuerzas $\mathbf{\text{dipolo-dipolo}}$ y de dispersión de London.

$\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$ es $\mathbf{\text{apolar}}$: los tres enlaces son idénticos y están a 120° en un mismo plano, de modo que su suma vectorial es nula. Solo presenta $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{dispersi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{London}}$.

Es el ejemplo canónico de que tener enlaces polares no basta para que una molécula lo sea: hace falta además que la geometría no sea simétrica.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellas}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{soluble}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Vale la regla de que lo semejante disuelve a lo semejante. El agua es un disolvente muy polar, así que disolverá mejor a la molécula polar.

El más soluble es el ${\mathbf{\text{PF}}}_3$, porque su momento dipolar permanente le permite interaccionar con los dipolos del agua mediante fuerzas dipolo-dipolo, comparables en intensidad a las que las propias moléculas de agua tienen entre sí. El $\mathrm{B}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$, apolar, solo podría interaccionar por dispersión, mucho más débil, y no compensa romper los enlaces de hidrógeno del agua.