QuímicaMedio2 pts

Enlace químico y geometría molecular

Extremadura · 2022 · Julio

Enunciado

Sean las sustancias:

\text{Fe}

\text{KF}

\text{BF}_3

\text{NH}_3

.

a) (0,5 puntos) Indicar el tipo de enlace entre los átomos. Justificar la respuesta.

b) (0,5 puntos) Dibujar la estructura de Lewis de los compuestos covalentes.

c) (0,5 puntos) Para los compuestos covalentes, indicar cuál es la geometría que presentan, según la TRPECV.

d) (0,5 puntos) Indicar la polaridad de los compuestos covalentes. Razonar la respuesta.

Datos: Números atómicos (

Z

\text{H} = 1

;

\text{B} = 5

;

\text{N} = 7

;

\text{F} = 9

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Resultado

a) Fe: metálico; KF: iónico; $\text{BF}_3$ y $\text{NH}_3$ : covalente.
b) $\text{BF}_3$ : tres enlaces B–F, B con 6 e⁻ (octeto incompleto). $\text{NH}_3$ : tres enlaces N–H y un par libre en N.
c) $\text{BF}_3$ triangular plana; $\text{NH}_3$ pirámide trigonal.
d) $\text{BF}_3$ apolar; $\text{NH}_3$ polar.

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Estrategia

El tipo de enlace depende de qué átomos se unen: metal con metal (enlace metálico), metal muy electropositivo con no metal muy electronegativo (enlace iónico) y no metal con no metal (enlace covalente). Para los dos compuestos covalentes,

\text{BF}_3

\text{NH}_3

, se cuentan los electrones de valencia, se dibuja la estructura de Lewis y, con los pares alrededor del átomo central, la TRPECV da la geometría. La geometría decide si los momentos dipolares de los enlaces se anulan o no.

Desarrollo

a) Tipo de enlace

$\text{Fe}$ : un metal solo. Enlace metálico: los átomos ceden sus electrones de valencia, que quedan deslocalizados en una «nube» o mar de electrones que mantiene unida una red de cationes $\text{Fe}^{n+}$ .
$\text{KF}$ : el potasio es un metal alcalino (baja energía de ionización) y el flúor el elemento más electronegativo. La diferencia de electronegatividad es muy grande ( $\Delta\chi \approx 4{,}0 - 0{,}8 = 3{,}2$ ): el K cede un electrón al F y se forman iones $\text{K}^+$ y $\text{F}^-$ , que se atraen electrostáticamente en una red cristalina. Enlace iónico.
$\text{BF}_3$ y $\text{NH}_3$ : no metales unidos entre sí, que alcanzan una configuración estable compartiendo pares de electrones. Enlace covalente (polar en los dos casos, porque los átomos unidos tienen distinta electronegatividad).

b) Estructuras de Lewis

Configuraciones de valencia:

\text{B}\ (Z=5)

2s^2\,2p^1

(3 e⁻ de valencia);

\text{N}\ (Z=7)

2s^2\,2p^3

(5 e⁻);

\text{F}\ (Z=9)

2s^2\,2p^5

(7 e⁻);

\text{H}\ (Z=1)

1s^1

(1 e⁻).

Trifluoruro de boro,

\text{BF}_3

3 + 3\cdot 7 = 24

electrones de valencia (12 pares). Tres enlaces simples

\text{B–F}

y tres pares solitarios en cada flúor:

\begin{array}{ccccc} & & :\!\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}\!: & & \\ & & | & & \\ :\!\underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}} & - & \text{B} & - & \underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}}\!: \end{array}

El boro se queda con solo 6 electrones a su alrededor: es una excepción a la regla del octeto (octeto incompleto).

Amoniaco,

\text{NH}_3

5 + 3\cdot 1 = 8

electrones de valencia (4 pares). Tres enlaces simples

\text{N–H}

y un par solitario en el nitrógeno:

\begin{array}{ccccc} \text{H} & - & \overset{\cdot\cdot}{\text{N}} & - & \text{H} \\ & & | & & \\ & & \text{H} & & \end{array}

El nitrógeno cumple el octeto (3 pares enlazantes y 1 libre) y cada hidrógeno tiene sus 2 electrones.

c) Geometría según la TRPECV

Los pares de electrones de la capa de valencia del átomo central se colocan lo más alejados posible para minimizar las repulsiones; la geometría de la molécula se describe por la posición de los átomos.

Molécula	Pares enlazantes	Pares libres	Tipo	Disposición de los pares	Geometría molecular
$\text{BF}_3$	3	0	$\text{AB}_3$	Triangular plana	Triangular plana, $120^\circ$
$\text{NH}_3$	3	1	$\text{AB}_3\text{E}$	Tetraédrica	Pirámide trigonal, $\approx 107^\circ$

En el

\text{NH}_3

el par libre repele más que los enlazantes y cierra los ángulos

\text{H–N–H}

por debajo de

109{,}5^\circ

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

d) Polaridad

$\text{BF}_3$ : los enlaces $\text{B–F}$ son polares (el F es mucho más electronegativo que el B), pero los tres momentos dipolares son iguales y están a $120^\circ$ en un plano: su suma vectorial es cero. La molécula es apolar.
$\text{NH}_3$ : los enlaces $\text{N–H}$ son polares (el N es más electronegativo que el H). En la pirámide trigonal los tres momentos dipolares no se anulan, y el par libre del nitrógeno refuerza la asimetría: el momento dipolar total no es nulo. La molécula es polar.

Consejo

No digas que el $\text{NH}_3$ es «tetraédrico»: tetraédrica es la disposición de sus cuatro pares, pero la geometría de la molécula, que solo mira los átomos, es una pirámide trigonal.

Y el Fe y el KF no son sustancias covalentes: no les dibujes una estructura de Lewis molecular ni les busques geometría con la TRPECV, que solo se aplica a moléculas covalentes.