QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Enlace químico y geometría molecular

Andalucía · 2023 · Reserva 2

Enunciado

Bloque B · B3. Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) En una molécula apolar todos los enlaces son apolares.

b) Una molécula tetraédrica es siempre apolar.

c) Las moléculas

\text{BeCl}_2

\text{H}_2\text{S}

presentan el mismo ángulo de enlace.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) FALSA} \;-\; \text{CO}_2, \text{BF}_3, \text{CCl}_4 \text{ son apolares con enlaces polares}\;}

\boxed{\;\textbf{b) FALSA} \;-\; \text{CH}_3\text{Cl es tetraédrica y polar}\;}

\boxed{\;\textbf{c) FALSA} \;-\; \text{BeCl}_2 \text{ lineal } (180^\circ);\ \text{H}_2\text{S angular } (\approx 92^\circ)\;}

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Estrategia

Los tres apartados giran sobre la misma distinción, que conviene tener clara antes de empezar:

Enlace polar $\Rightarrow$ hay diferencia de electronegatividad entre los dos átomos. Es una propiedad local.
Molécula polar $\Rightarrow$ la suma vectorial de los momentos dipolares de enlace no se anula. Es una propiedad global, y depende de la geometría.

Y para el apartado c), recuerda que en la TRPECV los pares solitarios del átomo central cuentan: dos moléculas de fórmula

\text{XY}_2

pueden tener ángulos muy distintos según sean

\text{AX}_2

\text{AX}_2\text{E}_2

Desarrollo

a) FALSA.

Una molécula apolar puede tener enlaces muy polares: basta con que su geometría sea simétrica y los dipolos de enlace se cancelen al sumarlos como vectores. Tres contraejemplos clásicos, todos apolares y con enlaces polares:

\text{CO}_2 \;(\text{lineal}, 180^\circ) \qquad \text{BF}_3 \;(\text{trigonal plana}, 120^\circ) \qquad \text{CCl}_4 \;(\text{tetraédrica}, 109{,}5^\circ)

En el

\text{CO}_2

, por ejemplo, cada enlace

\text{C}\!=\!\text{O}

es muy polar, pero los dos vectores tienen el mismo módulo y sentidos opuestos:

\vec{\mu}_{\text{total}} = \vec{\mu}_1 + \vec{\mu}_2 = \vec{0}

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

Lo que caracteriza a una molécula apolar es que el momento dipolar total es nulo, no que lo sean los de cada enlace. (Tener enlaces polares es condición necesaria para que una molécula sea polar, pero no suficiente.)

b) FALSA.

Una geometría tetraédrica solo garantiza la cancelación si los cuatro sustituyentes son idénticos. En cuanto uno es distinto, la simetría se rompe:

\text{CCl}_4: \text{tetraédrica y } \textbf{apolar} \qquad \text{CH}_3\text{Cl}: \text{tetraédrica y } \textbf{polar}

En el clorometano, el dipolo

\text{C}\!-\!\text{Cl}

es mucho mayor que los tres

\text{C}\!-\!\text{H}

y no hay forma de que la suma se anule: el momento resultante apunta hacia el cloro (

\mu \approx 1{,}9

D).

c) FALSA.

Aunque las dos tienen fórmula

\text{XY}_2

, hay que contar los pares solitarios del átomo central, porque son los que fijan el ángulo:

$\text{BeCl}_2$ . El berilio aporta 2 electrones de valencia, los dos comprometidos en enlaces. Ningún par solitario: es $\text{AX}_2$ , con 2 zonas de densidad electrónica que se sitúan lo más lejos posible $\Rightarrow$ lineal, ángulo de $180^\circ$ .
$\text{H}_2\text{S}$ . El azufre aporta 6 electrones de valencia: 2 en enlaces y 4 en dos pares solitarios. Es $\text{AX}_2\text{E}_2$ , con 4 zonas de densidad $\Rightarrow$ disposición tetraédrica de las nubes y geometría molecular angular. Los pares solitarios repelen más que los enlazantes y cierran el ángulo por debajo de $109{,}5^\circ$ .

\widehat{\text{Cl}\text{BeCl}} = 180^\circ \qquad \widehat{\text{HSH}} \approx 92^\circ

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

Los ángulos son, por tanto, muy distintos. Consecuencia inmediata: el

\text{BeCl}_2

es apolar (los dipolos se cancelan) y el

\text{H}_2\text{S}

es polar.

Consejo

El apartado c) premia a quien cuenta los electrones de valencia del átomo central en lugar de mirar solo la fórmula. Dos moléculas $\text{XY}_2$ pueden ser lineales ( $\text{CO}_2$ , $\text{BeCl}_2$ ), angulares con un par solitario ( $\text{SO}_2$ , $\approx 119^\circ$ ) o angulares con dos ( $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{H}_2\text{S}$ , $\approx 104^\circ$ y $92^\circ$ ).

Y ojo con el ángulo del $\text{H}_2\text{S}$ : aunque la disposición de nubes es tetraédrica, el ángulo real es bastante menor que el del agua porque el azufre es grande y sus pares solitarios comprimen más los enlaces. Si no recuerdas el valor exacto, justifica al menos que es menor de $109{,}5^\circ$ por los dos pares solitarios, frente a los $180^\circ$ del $\text{BeCl}_2$ .