QuímicaMedioCuestión · 2 pts

Enlace químico y geometría molecular

Andalucía · 2025 · Reserva 3 · Opción B

Enunciado

Dadas las moléculas

\text{NF}_3

\text{BF}_3

:

a) Razone si en ambas moléculas el átomo central presenta algún par de electrones sin compartir.

b) Explique según la TRPECV si la molécula de

\text{NF}_3

presenta geometría tetraédrica.

c) Justifique si ambas moléculas son polares.

d) Indique la hibridación del átomo central en la molécula de

\text{NF}_3

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Solo el } \text{NF}_3 \text{ (1 par solitario); el BF}_3 \text{ no tiene}\;}

\boxed{\;\textbf{b) No: pirámide trigonal } (\text{AX}_3\text{E}) \qquad \textbf{c) No: } \text{NF}_3 \text{ polar, } \text{BF}_3 \text{ apolar} \qquad \textbf{d) } sp^3\;}

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Estrategia

Dos moléculas con la misma fórmula aparente (

\text{XF}_3

) y comportamiento opuesto: es la pareja perfecta para poner a prueba la TRPECV. La diferencia está en el grupo del átomo central.

Cuenta los electrones de valencia y resta los que se usan en enlazar:

N (grupo 15): $5 - 3 = 2$ electrones sobrantes $\rightarrow$ 1 par solitario.
B (grupo 13): $3 - 3 = 0$ $\rightarrow$ ningún par solitario (es una excepción al octeto: se queda con 6 electrones).

Ese par solitario del nitrógeno lo cambia todo: la geometría y la polaridad.

Desarrollo

a) Solo el $\text{NF}_3$ tiene pares sin compartir.

\text{NF}_3

: el nitrógeno aporta 5 electrones de valencia; usa 3 en los enlaces

\text{N–F}

y le sobran 2, es decir, un par solitario. Cumple el octeto (

3\times 2 + 2 = 8

\text{BF}_3

: el boro aporta 3 electrones de valencia y los emplea todos en los tres enlaces

\text{B–F}

. No le queda ningún par sin compartir, y de hecho se queda con solo 6 electrones a su alrededor: es una excepción a la regla del octeto (por eso el

\text{BF}_3

es un ácido de Lewis tan bueno).

b) No: el $\text{NF}_3$ es piramidal trigonal, no tetraédrico.

Hay que separar dos conceptos:

Geometría electrónica: los 4 pares (3 enlazantes + 1 solitario) se repelen y se disponen hacia los vértices de un tetraedro.
Geometría molecular: solo mira dónde hay átomos. Como uno de los vértices lo ocupa el par solitario, la forma que "se ve" es una pirámide de base triangular.

\text{AX}_3\text{E} \;\longrightarrow\; \textbf{pirámide trigonal}

Además, el par solitario ocupa más volumen que un par enlazante y comprime los ángulos por debajo del valor tetraédrico:

\widehat{\text{FNF}} \approx 102^\circ < 109{,}5^\circ

.

Por tanto, la afirmación del enunciado es falsa tal como está formulada: tetraédrica es la disposición de los pares, no la geometría de la molécula.

c) No: el $\text{NF}_3$ es polar y el $\text{BF}_3$ es apolar.

En las dos moléculas los enlaces

\text{X–F}

son polares (el flúor es el elemento más electronegativo). La diferencia está en la simetría:

$\text{BF}_3$ : triangular plana, con los tres enlaces a $120^\circ$ en un plano. Los tres vectores momento dipolar tienen igual módulo y suma nula: $\vec\mu_{\text{total}} = \vec 0$ $\Rightarrow$ apolar.
$\text{NF}_3$ : pirámide trigonal. Los tres dipolos $\text{N–F}$ no están en un plano y no se cancelan; hay además el par solitario, que aporta su propia contribución. Queda un momento dipolar neto $\Rightarrow$ polar.

d) Hibridación del nitrógeno en $\text{NF}_3$ : $sp^3$ .

Cuatro pares de electrones alrededor del N exigen cuatro orbitales híbridos equivalentes orientados hacia los vértices de un tetraedro; se obtienen combinando el orbital

2s

con los tres

2p

s + p_x + p_y + p_z \;\longrightarrow\; 4\ \text{orbitales } \mathbf{sp^3}

Tres alojan los pares enlazantes y el cuarto, el par solitario. (En el

\text{BF}_3

, en cambio, con solo 3 pares la hibridación es

sp^2

y la molécula es plana.)

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

Consejo

El apartado b) está redactado como una trampa deliberada: la disposición de los pares sí es tetraédrica, pero la geometría molecular no. Responde "no" y explica las dos geometrías; si te limitas a decir "sí, es tetraédrica" pierdes el apartado entero.

En c) no digas nunca que los enlaces del $\text{BF}_3$ son apolares. Lo apolar es la molécula, por simetría. Y esta pareja $\text{NF}_3$ / $\text{BF}_3$ es el ejemplo canónico: mismo número de ligandos, polaridad opuesta, y la causa es el par solitario.