QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Enlace químico y geometría molecular

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades

Comunidad de Madrid · 2020 · Julio

Enunciado

Para las moléculas

\text{H}_2\text{O}

\text{PF}_3

:

a) (0,5 puntos) Justifique el número de pares de electrones enlazantes y los pares libres del átomo central.

b) (0,5 puntos) Indique la hibridación que presenta el átomo central y su geometría.

c) (0,5 puntos) Explique su polaridad.

d) (0,5 puntos) Indique el tipo de fuerzas intermoleculares.

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Resultado

	$\text{H}_2\text{O}$	$\text{PF}_3$
Pares enl. / libres	2 / 2	3 / 1
Hibridación	$sp^3$	$sp^3$
Geometría	angular	piramidal trigonal
Polaridad	polar	polar
Fuerzas	enlaces de H	dipolo-dipolo y London

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Se empieza por la estructura de Lewis de cada molécula: con ella se cuentan los pares enlazantes y libres del átomo central. Después:

TRPECV: el número total de pares (enlazantes + libres) fija la disposición de los pares y la hibridación; la geometría se describe solo con los átomos.
Polaridad: enlaces polares + geometría no simétrica = molécula polar.
Fuerzas intermoleculares: si hay H unido a F, O o N, enlaces de hidrógeno; si la molécula es polar, dipolo-dipolo; y siempre, dispersión de London.

Desarrollo

a) Pares enlazantes y libres

$\text{H}_2\text{O}$ : el oxígeno ( $1s^2\,2s^2\,2p^4$ ) tiene 6 electrones de valencia. Comparte uno con cada hidrógeno y forma 2 enlaces O–H; los otros 4 electrones quedan como 2 pares libres. El oxígeno completa así el octeto:

\text{H}\!-\!\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{O}}}\!-\!\text{H}

$\text{PF}_3$ : el fósforo ( $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^3$ ) tiene 5 electrones de valencia. Forma 3 enlaces P–F, uno con cada flúor, y le quedan 2 electrones como 1 par libre. Cada flúor conserva 3 pares libres.

Molécula	Pares enlazantes del átomo central	Pares libres del átomo central
$\text{H}_2\text{O}$	2	2
$\text{PF}_3$	3	1

b) Hibridación y geometría

En los dos casos el átomo central tiene 4 pares de electrones a su alrededor, que se disponen hacia los vértices de un tetraedro para repelerse lo mínimo. Cuatro orbitales equivalentes dirigidos así corresponden a una hibridación $sp^3$ (un orbital

s

y tres

p

$\text{H}_2\text{O}$ : O con hibridación $sp^3$ ; dos de los cuatro orbitales híbridos los ocupan pares libres, así que la molécula es angular (en forma de V). Los pares libres repelen más que los enlazantes y cierran el ángulo H–O–H hasta unos $104{,}5^\circ$ (menor que los $109{,}5^\circ$ del tetraedro).
$\text{PF}_3$ : P con hibridación $sp^3$ ; un orbital lo ocupa el par libre, así que la molécula es piramidal trigonal, con el fósforo en el vértice y los tres flúor en la base. El ángulo F–P–F es menor de $109{,}5^\circ$ (unos $98^\circ$ ).

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

c) Polaridad

$\text{H}_2\text{O}$ : el oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno, así que los enlaces O–H son polares. Como la molécula es angular, los dos momentos dipolares no se anulan: su suma apunta hacia el oxígeno. Molécula polar.
$\text{PF}_3$ : el flúor es más electronegativo que el fósforo y los tres enlaces P–F son polares. En una pirámide trigonal los tres momentos no se compensan (además, el par libre aporta su propia asimetría). Molécula polar.

d) Fuerzas intermoleculares

$\text{H}_2\text{O}$ : tiene hidrógeno unido a un átomo pequeño y muy electronegativo (O) con pares libres, así que entre sus moléculas se forman enlaces de hidrógeno (puentes de hidrógeno), además de fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión de London. Los enlaces de hidrógeno son las más intensas y explican su punto de ebullición tan alto para una molécula tan pequeña.
$\text{PF}_3$ : no tiene hidrógeno, así que no hay enlaces de hidrógeno. Al ser polar, sus moléculas se atraen por fuerzas de Van der Waals dipolo-dipolo, además de las de dispersión de London.

Consejo

No confundas la disposición de los pares (tetraédrica en las dos) con la geometría de la molécula, que solo mira dónde están los átomos: angular para el agua y piramidal para el $\text{PF}_3$ . Decir «tetraédrica» aquí cuesta el apartado.

Para la polaridad no basta con que los enlaces sean polares: hay que añadir que la geometría no anula los momentos dipolares.