Enlace químico y geometría molecular

a) Estructuras de Lewis.

$\text{BF}_3$: el boro aporta 3 electrones y cada flúor 7; en total 24 electrones de valencia. Se forman tres enlaces sencillos $\text{B–F}$ y cada flúor completa su octeto con tres pares solitarios.$$\begin{array}{c} \ddot{\text{F}}: \\ | \\ :\ddot{\text{F}}\!-\!\text{B}\!-\!\ddot{\text{F}}: \end{array}$$El boro se queda con solo 6 electrones: es una de las excepciones a la regla del octeto (por eso el $\text{BF}_3$ es un ácido de Lewis tan bueno: le sobra un orbital $p$ vacío).

$\text{PF}_3$: el fósforo aporta 5 electrones y cada flúor 7; en total 26. Se forman tres enlaces $\text{P–F}$, cada flúor lleva sus tres pares solitarios y al fósforo le queda un par solitario, con lo que sí cumple el octeto.$$\begin{array}{c} \bullet\bullet \\ :\ddot{\text{F}}\!-\!\text{P}\!-\!\ddot{\text{F}}: \\ | \\ \ddot{\text{F}}: \end{array}$$b) Geometría molecular según la TRPECV.

$\text{BF}_3$: 3 pares enlazantes y 0 solitarios $\Rightarrow$ notación $\text{AX}_3$. Los tres pares se separan al máximo dentro de un plano:$$\textbf{Triangular plana}, \quad \widehat{\text{FBF}} = 120^\circ, \quad \text{hibridación } sp^2$$$\text{PF}_3$: 3 pares enlazantes y 1 solitario, en total 4 pares $\Rightarrow$ notación $\text{AX}_3\text{E}$. La geometría electrónica es tetraédrica, pero uno de los vértices lo ocupa el par solitario, así que la geometría molecular es:$$\textbf{Pirámide trigonal}, \quad \widehat{\text{FPF}} \approx 97^\circ, \quad \text{hibridación } sp^3$$El par solitario ocupa más espacio que un par enlazante y comprime el ángulo por debajo del valor tetraédrico de $109{,}5^\circ$.

c) Polaridad: el $\text{BF}_3$ es apolar y el $\text{PF}_3$, polar.

En las dos moléculas los enlaces con el flúor son muy polares (el flúor es el elemento más electronegativo). La diferencia está en la simetría:

• $\text{BF}_3$: los tres dipolos, de igual módulo y separados $120^\circ$ en un plano, se cancelan por completo. $\vec\mu_{\text{total}} = \vec 0$ $\Rightarrow$ apolar.
• $\text{PF}_3$: al ser piramidal, los tres dipolos no están en un plano y no se cancelan; además el par solitario aporta su propia contribución. Queda un momento dipolar neto $\Rightarrow$ polar.