QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Enlace químico y geometría molecular

Comunidad de Madrid · 2022 · Junio

Enunciado

Dadas las siguientes especies:

\text{Fe}

\text{BH}_3

\text{CHCl}_3

\text{MgF}_2

.

a) (0,5 puntos) Justifique qué tipo de enlace presenta cada una de ellas.

b) (0,5 puntos) Indique cuál/es conducirán la corriente en estado sólido y cuál/es lo harán en estado fundido.

c) (1 punto) Para las especies covalentes: indique y represente la geometría molecular, diga la hibridación del átomo central, y justifique su polaridad.

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Resultado

a) Fe metálico; $\text{BH}_3$ y $\text{CHCl}_3$ covalente; $\text{MgF}_2$ iónico.
b) Sólido: Fe. Fundido: $\text{MgF}_2$ (y Fe).
c) $\text{BH}_3$ : triangular plana, $sp^2$ , apolar. $\text{CHCl}_3$ : tetraédrica, $sp^3$ , polar.

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Estrategia

El tipo de enlace se deduce de la naturaleza de los átomos: metal solo → metálico; metal + no metal (gran diferencia de electronegatividad) → iónico; no metales entre sí → covalente. La conductividad necesita cargas que puedan moverse: electrones deslocalizados (metales) o iones libres (compuestos iónicos fundidos o disueltos). Para las moléculas covalentes, la TRPECV da la geometría a partir de los pares de electrones del átomo central; de ahí salen la hibridación y, sumando los momentos dipolares de enlace, la polaridad.

Desarrollo

a) Tipo de enlace.

Fe: es un metal; sus átomos ceden los electrones de valencia a una «nube» común que mantiene unidos los cationes en la red: enlace metálico.
$\text{BH}_3$ : boro e hidrógeno son no metales con electronegatividades parecidas; comparten electrones: enlace covalente.
$\text{CHCl}_3$ : carbono, hidrógeno y cloro son no metales: enlace covalente.
$\text{MgF}_2$ : un metal muy poco electronegativo (Mg) y el no metal más electronegativo (F); el Mg cede dos electrones y cada F gana uno ( $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{F}^-$ ), que se atraen en una red cristalina: enlace iónico.

b) Conductividad eléctrica.

Especie	Sólido	Fundido	Por qué
Fe	Sí	Sí	Electrones deslocalizados que se mueven libremente
$\text{MgF}_2$	No	Sí	En el sólido los iones están fijos en la red; fundido, los iones se mueven
$\text{BH}_3$	No	No	Moléculas neutras, sin cargas libres
$\text{CHCl}_3$	No	No	Moléculas neutras, sin cargas libres

Conduce en estado sólido el hierro; en estado fundido conducen el $\text{MgF}_2$ (y el hierro, que como todo metal también conduce fundido).

c) Especies covalentes: $\text{BH}_3$ y $\text{CHCl}_3$ .

Molécula de $\text{BH}_3$ (en realidad el borano libre se une en dímeros,

\text{B}_2\text{H}_6

, pero el ejercicio lo trata como molécula aislada).

El boro ( $1s^2\,2s^2\,2p^1$ ) tiene 3 electrones de valencia y forma 3 enlaces B–H. Alrededor del boro hay 3 pares enlazantes y ningún par solitario (molécula $\text{AX}_3$ ; el boro se queda con solo 6 electrones, una excepción al octeto).
Los tres pares se alejan al máximo en un plano: geometría triangular plana, con ángulos de $120^\circ$ .
Hibridación $sp^2$ del boro: el orbital $2s$ y dos $2p$ se combinan en tres híbridos dirigidos a los vértices de un triángulo; el tercer $2p$ queda vacío, perpendicular al plano.

\begin{array}{ccc} & \text{H} & \\ & | & \\ & \text{B} & \\ \diagup & & \diagdown \\ \text{H} & & \text{H} \end{array}

Polaridad: apolar. Los enlaces B–H son algo polares (el H es un poco más electronegativo que el B), pero los tres momentos dipolares son iguales y están a $120^\circ$ : su suma es cero.

Molécula de $\text{CHCl}_3$ (triclorometano, cloroformo).

El carbono forma 4 enlaces sencillos (uno con H y tres con Cl): 4 pares enlazantes y ningún par solitario ( $\text{AX}_4$ ).
Geometría tetraédrica, con ángulos próximos a $109{,}5^\circ$ (algo distorsionada, porque los sustituyentes no son iguales).
Hibridación $sp^3$ del carbono: el $2s$ y los tres $2p$ forman cuatro híbridos dirigidos a los vértices de un tetraedro.

\begin{array}{ccccc} & & \text{H} & & \\ & & | & & \\ & & \text{C} & & \\ & \diagup & | & \diagdown & \\ \text{Cl} & & \text{Cl} & & \text{Cl} \end{array}

(El C en el centro de un tetraedro, el H en un vértice y los tres Cl en los otros tres.)

Polaridad: polar. Los enlaces C–Cl son polares (el Cl es más electronegativo que el C) y el C–H apenas lo es. Como los cuatro sustituyentes no son iguales, los momentos dipolares no se compensan: la resultante apunta hacia la cara de los tres cloros y la molécula tiene momento dipolar neto.

La simulación no tiene

\text{BH}_3

\text{CHCl}_3

, pero sí moléculas con la misma geometría: el

\text{BF}_3

(triangular plana,

sp^2

, apolar) y el

\text{CH}_3\text{Cl}

(tetraédrica,

sp^3

, polar).

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

Consejo

Que una molécula tenga enlaces polares no la hace polar: hay que mirar la geometría. En el $\text{BH}_3$ los tres dipolos se anulan por simetría; en el $\text{CHCl}_3$ , con un H y tres Cl, no.

En la conductividad, el error típico es decir que el compuesto iónico conduce en estado sólido: sus iones están fijos en la red y solo conducen fundidos o disueltos.