QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Enlace químico y geometría molecular

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades

Comunidad de Madrid · 2017 · Septiembre · Opción A

Enunciado

Considere los compuestos

\text{NH}_3

\text{CH}_4

\text{HF}

e indique razonadamente:

a) (0,5 puntos) Qué tipo de enlace presentan.

b) (0,5 puntos) Cuál o cuáles son polares.

c) (0,5 puntos) Aquellos compuestos con enlace de hidrógeno.

d) (0,5 puntos) Cuál de ellos es más ácido, basándose en criterios de electronegatividad.

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Resultado

a) Los tres, enlace covalente: casi apolar el C–H, polar el N–H y muy polar el F–H.
b) Polares: $\text{NH}_3$ (piramidal) y $\text{HF}$ ; el $\text{CH}_4$ (tetraédrico) es apolar.
c) Enlace de hidrógeno: $\text{NH}_3$ y $\text{HF}$ .
d) El más ácido es el $\text{HF}$ : el F es el más electronegativo.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los tres compuestos son hidruros de no metales del periodo 2 (C, N y F), así que todo se decide con
dos ideas:

Electronegatividad: crece de izquierda a derecha en el periodo, $\text{C} < \text{N} < \text{F}$ . Cuanto mayor es la diferencia con el H, más polarizado está el enlace $\text{X–H}$ .
Geometría (TRPECV): una molécula con enlaces polares solo es polar si los momentos dipolares no se anulan. El $\text{CH}_4$ es tetraédrico y simétrico; el $\text{NH}_3$ , con un par solitario, es una pirámide.

El enlace de hidrógeno aparece cuando el H está unido a un átomo pequeño y muy electronegativo con pares solitarios: F, O o N.

Desarrollo

a) Tipo de enlace

Los tres están formados por no metales que comparten electrones: el enlace es covalente. La diferencia de electronegatividad entre el átomo central y el hidrógeno (

\chi_\text{H} = 2{,}2

) lo hace más o menos polar:

Enlace	$\chi$ del átomo	$\Delta\chi$	Tipo
$\text{C–H}$	$2{,}6$	$0{,}4$	Covalente casi apolar
$\text{N–H}$	$3{,}0$	$0{,}8$	Covalente polar
$\text{F–H}$	$4{,}0$	$1{,}8$	Covalente muy polar

En el

\text{CH}_4

y el

\text{NH}_3

el átomo central tiene hibridación

sp^3

y forma cuatro y tres enlaces sencillos

\sigma

con el H; el

\text{HF}

tiene un único enlace sencillo.

b) Moléculas polares

Hay que sumar los momentos dipolares de enlace teniendo en cuenta la geometría (TRPECV):

$\text{CH}_4$ : cuatro pares enlazantes alrededor del C, geometría tetraédrica regular ( $109{,}5^\circ$ ). Los cuatro momentos de enlace, además pequeños, se anulan por simetría: $\vec{\mu} = 0$ , apolar.
$\text{NH}_3$ : tres pares enlazantes y uno solitario sobre el N, geometría piramidal trigonal (unos $107^\circ$ ). Los tres momentos $\text{N–H}$ no se anulan y la resultante apunta hacia el N: polar.
$\text{HF}$ : molécula diatómica con un enlace muy polar; el momento del enlace es el de la molécula: polar.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Son polares el

\text{NH}_3

y el

\text{HF}

.

c) Enlace de hidrógeno

Se forma entre un H unido a F, O o N de una molécula y un par solitario de un átomo de F, O o N de otra molécula vecina. El átomo debe ser muy electronegativo (deja al H con una carga parcial positiva grande) y pequeño (el H puede acercarse mucho).

$\text{HF}$ : H unido a F, y el F tiene tres pares solitarios. Sí forma enlace de hidrógeno (de los más fuertes).
$\text{NH}_3$ : H unido a N, y el N tiene un par solitario. Sí forma enlace de hidrógeno.
$\text{CH}_4$ : el C es poco electronegativo y no tiene pares solitarios. No; entre sus moléculas solo hay fuerzas de dispersión de London.

Por eso el

\text{CH}_4

hierve a

-161\ ^\circ\text{C}

, mientras que el

\text{NH}_3

lo hace a

-33\ ^\circ\text{C}

y el

\text{HF}

20\ ^\circ\text{C}

.

d) Carácter ácido

Un ácido (Brønsted) cede un protón

\text{H}^+

. Cuanto más electronegativo es el átomo unido al H, más atrae hacia sí el par de electrones del enlace, más carga positiva parcial queda sobre el H y más fácil es que este se libere como

\text{H}^+

, quedándose el átomo con el par de electrones.

Como

\chi(\text{F}) > \chi(\text{N}) > \chi(\text{C})

, el enlace más polarizado es el

\text{H–F}

y el orden de acidez es:

\text{HF} > \text{NH}_3 > \text{CH}_4

El más ácido es el HF. (De hecho, en agua el HF es un ácido débil, el

\text{NH}_3

se comporta como base y el

\text{CH}_4

no tiene carácter ácido apreciable.)

Consejo

No confundas enlace polar con molécula polar: el $\text{CH}_4$ tiene enlaces ligeramente polares, pero la simetría tetraédrica los anula. Para decidir la polaridad de una molécula, dibuja siempre su geometría con la TRPECV antes de sumar los momentos dipolares.

Y en c) no basta con decir «tiene H»: el enlace de hidrógeno exige que el H esté unido a F, O o N. El $\text{CH}_4$ tiene cuatro H y no forma ninguno.