QuímicaFácil2 pts

Enlace químico y geometría molecular

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades

Castilla y León · 2021 · Julio

Enunciado

Dadas las moléculas

\text{BF}_3

\text{PF}_3

:

a) (0,4 puntos) Represente sus estructuras de Lewis.

b) (0,8 puntos) Prediga razonadamente la geometría de cada una de ellas según la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia.

c) (0,8 puntos) Determine, razonadamente, si estas moléculas son polares e indique las fuerzas intermoleculares que actúan en ellas.

Datos: números atómicos:

\text{B} = 5

;

\text{F} = 9

;

\text{P} = 15

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Resultado

a) $\text{BF}_3$ : B con 3 enlaces y 6 electrones (octeto incompleto). $\text{PF}_3$ : P con 3 enlaces y un par solitario.
b) $\text{BF}_3$ : $\text{AX}_3$ , plana trigonal ( $120^\circ$ ). $\text{PF}_3$ : $\text{AX}_3\text{E}$ , pirámide trigonal.
c) $\text{BF}_3$ apolar: solo dispersión de London. $\text{PF}_3$ polar: dipolo-dipolo y London.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Las dos moléculas tienen la misma fórmula

\text{AX}_3

, pero el átomo central es distinto: el boro tiene 3 electrones de valencia y el fósforo 5. Esos dos electrones de más del fósforo forman un par solitario, y eso lo cambia todo:

a) Contamos electrones de valencia y repartimos: el B se queda con 6 electrones (octeto incompleto) y el P con su octeto, incluido un par solitario.
b) Con la TRPECV: 3 pares alrededor del B ( $\text{AX}_3$ , plana trigonal) y 4 alrededor del P ( $\text{AX}_3\text{E}$ , pirámide trigonal).
c) Los enlaces son polares en las dos; la geometría decide si los momentos dipolares se anulan. De la polaridad salen las fuerzas intermoleculares.

Desarrollo

a) Estructuras de Lewis

Configuraciones de valencia:

\text{B}\ (Z = 5)

2s^2\,2p^1

, 3 electrones;

\text{P}\ (Z = 15)

3s^2\,3p^3

, 5 electrones;

\text{F}\ (Z = 9)

2s^2\,2p^5

, 7 electrones.

$\text{BF}_3$ : $3 + 3\cdot 7 = 24$ electrones de valencia (12 pares). El B forma tres enlaces sencillos con los F y cada F completa su octeto con tres pares solitarios. El boro se queda con solo 6 electrones: es una excepción a la regla del octeto (octeto incompleto).
$\text{PF}_3$ : $5 + 3\cdot 7 = 26$ electrones (13 pares). El P forma tres enlaces sencillos con los F, cada F lleva tres pares solitarios y queda un par solitario sobre el P, que así completa su octeto.

\begin{array}{ccc} \begin{array}{c} :\ddot{\text{F}}: \\ | \\ :\underset{\cdot\cdot}{\ddot{\text{F}}}\!-\!\text{B}\!-\!\underset{\cdot\cdot}{\ddot{\text{F}}}: \end{array} & \qquad & \begin{array}{c} :\underset{\cdot\cdot}{\ddot{\text{F}}}\!-\!\ddot{\text{P}}\!-\!\underset{\cdot\cdot}{\ddot{\text{F}}}: \\ | \\ :\underset{\cdot\cdot}{\text{F}}: \end{array} \end{array}

b) Geometría según la TRPECV

Los pares de electrones de la capa de valencia del átomo central se repelen y se colocan lo más alejados posible.

$\text{BF}_3$ : el B tiene 3 pares enlazantes y ningún par solitario ( $\text{AX}_3$ ). Tres pares se alejan al máximo en un plano, formando ángulos de $120^\circ$ : geometría plana trigonal (hibridación $sp^2$ del boro).
$\text{PF}_3$ : el P tiene 3 pares enlazantes y 1 par solitario ( $\text{AX}_3\text{E}$ ). Los cuatro pares se dirigen a los vértices de un tetraedro, pero la geometría de la molécula la dan solo los átomos: pirámide trigonal, con el P en el vértice. El par solitario repele más que los enlazantes y cierra los ángulos F–P–F por debajo de $109{,}5^\circ$ (unos $98^\circ$ medidos).

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

c) Polaridad y fuerzas intermoleculares

El flúor es el elemento más electronegativo (

\chi_\text{F} = 4{,}0

frente a

\chi_\text{B} = 2{,}0

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

), así que los enlaces B–F y P–F son polares, con la carga parcial negativa sobre el F. Que la molécula sea polar depende de cómo se sumen esos momentos dipolares:

$\text{BF}_3$ : los tres momentos B–F son iguales y están a $120^\circ$ en un plano: su suma es cero. Molécula apolar. Entre sus moléculas solo actúan fuerzas de dispersión de London (Van der Waals entre dipolos instantáneos).
$\text{PF}_3$ : en la pirámide los tres momentos P–F no se anulan (y el par solitario también contribuye): $\vec{\mu} \neq 0$ . Molécula polar. Entre sus moléculas actúan fuerzas dipolo-dipolo (Van der Waals entre dipolos permanentes) además de las de dispersión de London.

Ninguna forma enlaces de hidrógeno: no tienen átomos de H.

Consejo

La pregunta está pensada para que veas el efecto del par solitario: misma fórmula $\text{AX}_3$ , distinta geometría y distinta polaridad. Cuenta siempre los electrones de valencia del átomo central antes de decidir la geometría; si te saltas ese paso, dibujarás las dos planas.

Y recuerda que el boro es la excepción típica a la regla del octeto: en el $\text{BF}_3$ se queda con 6 electrones, no le pongas un doble enlace ni un par solitario de más.