Enlace químico y geometría molecular

a) Estructuras de Lewis.

$\text{H}_2\text{S}$. Electrones de valencia totales: $6 + 2(1) = 8$, es decir, 4 pares. Dos se usan en los enlaces $\text{S}\!-\!\text{H}$ y los otros dos quedan como pares solitarios sobre el azufre:$$\text{H}\!-\!\ddot{\underset{..}{\text{S}}}\!-\!\text{H}$$El azufre completa su octeto: 2 pares de enlace + 2 pares solitarios.

$\text{PCl}_3$. Electrones de valencia: $5 + 3(7) = 26$, es decir, 13 pares. Tres se usan en los enlaces $\text{P}\!-\!\text{Cl}$, nueve son pares solitarios de los cloros (tres cada uno) y uno queda como par solitario sobre el fósforo:$$\text{Cl}\!-\!\overset{..}{\text{P}}(\text{Cl})\!-\!\text{Cl} \qquad \text{con tres pares solitarios sobre cada Cl}$$El fósforo también cumple el octeto: 3 pares de enlace + 1 par solitario.

b) Geometría según la TRPECV.

La teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia dice que todas las zonas de densidad electrónica (enlaces y pares solitarios) se disponen lo más separadas posible, y que los pares solitarios repelen más que los de enlace.

$\text{H}_2\text{S}$: 2 enlaces + 2 pares solitarios = 4 zonas. Notación $\text{AX}_2\text{E}_2$.$$\text{disposición de las nubes: tetraédrica} \;\longrightarrow\; \textbf{geometría molecular: angular}$$$$\widehat{\text{HSH}} \approx 92^\circ \;\;(\text{muy inferior a } 109{,}5^\circ)$$$\text{PCl}_3$: 3 enlaces + 1 par solitario = 4 zonas. Notación $\text{AX}_3\text{E}$.$$\text{disposición de las nubes: tetraédrica} \;\longrightarrow\; \textbf{geometría molecular: pirámide trigonal}$$$$\widehat{\text{ClPCl}} \approx 100^\circ \;\;(\text{comprimido por el par solitario})$$En ambos casos, la geometría molecular (la que describe la posición de los átomos) es distinta de la disposición de las nubes, porque los pares solitarios no se "ven".

c) Hibridación del átomo central.

Las dos moléculas tienen cuatro zonas de densidad electrónica alrededor del átomo central, así que necesitan cuatro orbitales híbridos equivalentes:$$\text{H}_2\text{S}: \; \textbf{S} \text{ con hibridación } sp^3$$$$\text{PCl}_3: \; \textbf{P} \text{ con hibridación } sp^3$$En cada caso se combinan un orbital $s$ y tres orbitales $p$ para dar cuatro híbridos $sp^3$ dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. En el $\text{H}_2\text{S}$, dos de esos híbridos alojan pares solitarios; en el $\text{PCl}_3$, uno.

(Matiz para quien quiera afinar: el ángulo real del $\text{H}_2\text{S}$, $92^\circ$, está tan cerca de $90^\circ$ que sugiere que el azufre apenas hibrida y usa casi orbitales $p$ puros. En el nivel de Selectividad la respuesta esperada es $sp^3$, pero merece la pena saber por qué el ángulo se aparta tanto del tetraédrico.)