Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2020 · Julio

Estructura de Lewis. Electrones de valencia: C, 4 ($2s^2\,2p^2$); H, 1; Cl, 7. En total $4 + 2\cdot 1 + 2\cdot 7 = 20$ electrones. El carbono, átomo central, forma cuatro enlaces simples (C–H, C–H, C–Cl, C–Cl) y completa su octeto; cada cloro conserva tres pares solitarios.

a) Hibridación. El carbono tiene cuatro pares de electrones enlazantes y ninguno solitario: necesita cuatro orbitales equivalentes dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. Combina su orbital $2s$ con los tres $2p$ y forma cuatro orbitales híbridos $sp^3$, cada uno de los cuales solapa con un orbital $1s$ del H o un $3p$ del Cl para dar cuatro enlaces σ.

b) Geometría. Según la TRPECV, la molécula es de tipo $\text{AX}_4$: los cuatro pares de enlace se alejan al máximo y la molécula es tetraédrica, con el C en el centro y los dos H y los dos Cl en los vértices. Al no ser iguales los cuatro sustituyentes, el tetraedro está algo distorsionado y los ángulos se apartan un poco de $109{,}5^\circ$.

c) Polaridad. El cloro es mucho más electronegativo que el carbono, así que los enlaces C–Cl son polares, con el extremo negativo en el Cl; los C–H son casi apolares. En la geometría tetraédrica, los dos momentos dipolares C–Cl apuntan hacia dos vértices y su suma no se compensa con los de los C–H: el momento dipolar total no es cero y la molécula es polar. (Por el contrario, el $\text{CCl}_4$, con cuatro sustituyentes iguales, es apolar.)

d) Enlaces de hidrógeno. No. El enlace de hidrógeno se forma cuando un H unido covalentemente a un átomo muy electronegativo y pequeño (F, O o N) queda con una carga parcial positiva grande y es atraído por un par solitario de otro de esos átomos. En el diclorometano los hidrógenos están unidos al carbono, poco electronegativo, y no quedan suficientemente positivos. Entre sus moléculas solo hay fuerzas de Van der Waals: dipolo-dipolo (es polar) y de dispersión de London.