Enlace químico y geometría molecular

a) Estructuras de Lewis.

$\text{BeF}_2$. Electrones de valencia totales: $2 + 2(7) = 16$. El berilio forma dos enlaces simples y cada flúor completa su octeto con tres pares solitarios:$$:\!\underset{\cdot\cdot}{\ddot{\text{F}}}\!-\!\text{Be}\!-\!\underset{\cdot\cdot}{\ddot{\text{F}}}\!:$$El berilio queda con 4 electrones a su alrededor: no cumple la regla del octeto (octeto incompleto), algo característico del Be y del B.

$\text{CH}_3\text{Cl}$. Electrones de valencia: $4 + 3(1) + 7 = 14$. El carbono forma cuatro enlaces simples (tres con hidrógenos y uno con el cloro) y el cloro conserva tres pares solitarios:$$\begin{array}{ccc} & \text{H} & \\ & | & \\ \text{H}\,- & \text{C} & -\,\underset{\cdot\cdot}{\ddot{\text{Cl}}}\!: \\ & | & \\ & \text{H} & \end{array}$$Aquí el carbono sí cumple el octeto: cuatro pares de enlace.

b) Geometría según la TRPECV.

La teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia dice que las zonas de densidad electrónica (enlaces y pares solitarios) se separan lo máximo posible.

$\text{BeF}_2$: el berilio tiene 2 zonas (dos enlaces, ningún par solitario). Notación $\text{AX}_2$:$$\textbf{Geometría lineal}, \qquad \widehat{\text{F}\text{BeF}} = 180^\circ$$$\text{CH}_3\text{Cl}$: el carbono tiene 4 zonas (cuatro enlaces, ningún par solitario). Notación $\text{AX}_4$:$$\textbf{Geometría tetraédrica}, \qquad \text{ángulos} \approx 109{,}5^\circ$$(Los ángulos reales se desvían muy ligeramente porque el cloro es más voluminoso que los hidrógenos.)

c) Polaridad.

La polaridad de una molécula es la suma vectorial de los momentos dipolares de sus enlaces.

$\text{BeF}_2$: apolar. Los enlaces $\text{Be}\!-\!\text{F}$ son muy polares ($\Delta\chi = 4{,}0 - 1{,}5 = 2{,}5$), pero la geometría lineal y simétrica hace que los dos vectores tengan el mismo módulo y sentidos opuestos:$$\vec{\mu}_{\text{total}} = \vec{\mu}_1 + \vec{\mu}_2 = \vec{0} \;\Longrightarrow\; \mu = 0$$$\text{CH}_3\text{Cl}$: polar. Aunque la geometría es tetraédrica, los cuatro sustituyentes no son iguales. El enlace $\text{C}\!-\!\text{Cl}$ es polar, con el extremo negativo en el cloro ($\Delta\chi = 3{,}0 - 2{,}5 = 0{,}5$), y los tres $\text{C}\!-\!\text{H}$ ($\Delta\chi = 2{,}5 - 2{,}1 = 0{,}4$) tienen el extremo negativo en el carbono: sus componentes a lo largo del eje apuntan también hacia el cloro, así que no pueden compensar el dipolo $\text{C}\!-\!\text{Cl}$. La suma no se cancela:$$\vec{\mu}_{\text{total}} \neq \vec{0} \;\Longrightarrow\; \mu = 1{,}9 \text{ D}$$El dipolo resultante apunta desde el carbono hacia el cloro.

Para comparar, el $\text{CCl}_4$: misma geometría tetraédrica, pero con los cuatro sustituyentes iguales, y por eso apolar.