Enlace químico y geometría molecular

a) $\text{NaCl}$ frente a $\text{NaBr}$

Ambos son compuestos iónicos: redes cristalinas de cationes $\text{Na}^+$ y aniones haluro unidos por atracciones electrostáticas. Para fundirlos hay que romper la red, y la energía necesaria la mide la energía reticular, que según la expresión de Born-Landé es proporcional a$$U \propto \frac{z_+\,z_-}{r_+ + r_-}$$Las cargas son iguales ($+1$ y $-1$) y el catión es el mismo; solo cambia el anión. El $\text{Cl}^-$ es más pequeño que el $\text{Br}^-$ (el cloro está un periodo por encima: una capa electrónica menos), así que en el $\text{NaCl}$ los iones están más cerca, la atracción es mayor y la energía reticular es mayor. Por eso el $\text{NaCl}$ funde a mayor temperatura ($801\ ^\circ\text{C}$ frente a $747\ ^\circ\text{C}$ del $\text{NaBr}$).

b) Dureza del diamante

El diamante es un sólido covalente (o reticular). Cada átomo de carbono, con hibridación $sp^3$, está unido a otros cuatro mediante enlaces covalentes sencillos dirigidos hacia los vértices de un tetraedro, formando una red tridimensional continua: todo el cristal es como una única «molécula gigante». Rayar o deformar el diamante obliga a romper enlaces covalentes, que son muy fuertes, y además están extendidos en las tres direcciones del espacio. Por eso es el sólido natural más duro (10 en la escala de Mohs) y tiene un punto de fusión altísimo.

c) Estabilidad del $\text{N}_2$

Cada átomo de nitrógeno ($1s^2\,2s^2\,2p^3$) tiene cinco electrones de valencia y necesita tres más para completar el octeto. Los dos átomos comparten tres pares de electrones:$$:\text{N}{\mkern2mu\equiv\mkern2mu}\text{N}:$$Es un triple enlace covalente: un enlace $\sigma$ (solapamiento frontal) y dos enlaces $\pi$ (solapamiento lateral de los orbitales $2p$). El triple enlace es muy corto y muy fuerte (energía de enlace de unos $945\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$, de las más altas que existen). Para que el $\text{N}_2$ reaccione hay que romperlo, lo que exige muchísima energía: por eso es muy poco reactivo, químicamente muy estable.

d) Polaridad del $\text{NH}_3$

Estructura de Lewis: el N central forma tres enlaces con tres H y conserva un par de electrones no enlazante. Según la TRPECV hay cuatro pares alrededor del N (tipo $\text{AB}_3\text{E}$): se disponen hacia los vértices de un tetraedro, pero como uno es un par solitario la geometría molecular es piramidal trigonal, con ángulos de unos $107^\circ$ (algo menores que $109{,}5^\circ$ porque el par solitario repele más).

Cada enlace $\text{N–H}$ es polar, porque el nitrógeno es más electronegativo que el hidrógeno ($3{,}0$ frente a $2{,}1$), con la carga parcial negativa sobre el N. En una pirámide los tres momentos dipolares de enlace no se anulan: su resultante apunta hacia el vértice del nitrógeno (y el par solitario la refuerza). El momento dipolar total no es nulo y la molécula es polar.