Enlace químico y geometría molecular

a) Pares sin compartir en el átomo central.

$\text{H}_2\text{S}$: el azufre es del grupo 16, con 6 electrones de valencia. Usa 2 en los dos enlaces $\text{S–H}$, así que le quedan 4 electrones, es decir, 2 pares sin compartir.$$\text{H}\!-\!\ddot{\text{S}}\!-\!\text{H} \quad (\text{2 pares solitarios})$$$\text{PF}_3$: el fósforo es del grupo 15, con 5 electrones de valencia. Usa 3 en los tres enlaces $\text{P–F}$, y le sobran 2 electrones: 1 par sin compartir.

Por tanto, las dos moléculas tienen pares de electrones sin compartir sobre el átomo central.

b) Geometría del $\text{PF}_3$.

Alrededor del P hay 4 pares de electrones: 3 enlazantes y 1 solitario. Según la TRPECV se repelen y se sitúan lo más lejos posible: la geometría electrónica es tetraédrica. Pero la geometría molecular solo mira dónde están los átomos, y en uno de los vértices no hay átomo, sino el par solitario:$$\text{AX}_3\text{E} \;\longrightarrow\; \textbf{pirámide trigonal}$$Además, el par solitario ocupa más espacio que un par enlazante, así que comprime los ángulos por debajo del valor tetraédrico: $\widehat{\text{FPF}} \approx 97^\circ < 109{,}5^\circ$.

c) Hibridación del azufre en $\text{H}_2\text{S}$.

También hay 4 pares alrededor del S (2 enlazantes + 2 solitarios), que exigen 4 orbitales equivalentes dirigidos a los vértices de un tetraedro. Se obtienen combinando un orbital $s$ y los tres $p$:$$\text{Hibridación } \mathbf{sp^3} \quad\longrightarrow\quad \text{geometría molecular angular } (\text{AX}_2\text{E}_2)$$d) Por qué el $\text{BF}_3$ es apolar.

El boro es del grupo 13: tiene 3 electrones de valencia y los usa todos en enlazar, de modo que no le queda ningún par solitario. Con 3 pares enlazantes la geometría es $\text{AX}_3$: triangular plana, con ángulos de $120^\circ$.

Los tres enlaces $\text{B–F}$ sí son polares (el flúor es mucho más electronegativo que el boro), pero los tres vectores momento dipolar tienen el mismo módulo y están separados $120^\circ$ en un plano, así que su suma vectorial es nula:$$\vec{\mu}_{\text{total}} = \vec{\mu}_1 + \vec{\mu}_2 + \vec{\mu}_3 = \vec{0} \quad\Longrightarrow\quad \text{molécula apolar}$$