QuímicaFácilCuestión · 2,5 pts

Enlace químico y geometría molecular

Castilla-La Mancha · 2025 · Junio

Enunciado

Dadas las moléculas

\text{BF}_3

\text{PF}_3

:

a) (1 punto) Represente las estructuras de Lewis de cada una de ellas.

b) (1 punto) Razone la geometría molecular de cada una de las sustancias a partir de la teoría RPECV.

c) (0,5 puntos) Justifique su polaridad.

Datos: Números atómicos: B (

Z = 5

), F (

Z = 9

) y P (

Z = 15

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Resultado

\boxed{\text{BF}_3:\ \text{octeto incompleto, triangular plana } (120^\circ),\ \text{apolar}}

\boxed{\text{PF}_3:\ \text{1 par libre en P, pirámide trigonal},\ \text{polar}}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Las dos moléculas tienen la misma fórmula,

\text{AF}_3

, pero no se parecen en nada, y todo se debe a un par de electrones:

El boro tiene 3 electrones de valencia: forma tres enlaces y se queda con 6 electrones (octeto incompleto), sin pares libres.
El fósforo tiene 5: forma tres enlaces y le sobra un par solitario.

Con la RPECV se cuentan los pares alrededor del átomo central: tres pares enlazantes dan una molécula plana triangular; tres enlazantes y uno libre, una pirámide trigonal. La geometría decide si los dipolos de los enlaces

\text{B–F}

\text{P–F}

se anulan o no.

Desarrollo

Configuraciones electrónicas y electrones de valencia:

$\text{B}\ (Z = 5)$ : $1s^2\,2s^2\,2p^1$ → 3 electrones de valencia.
$\text{F}\ (Z = 9)$ : $1s^2\,2s^2\,2p^5$ → 7 electrones de valencia (le falta uno para el octeto: forma un enlace).
$\text{P}\ (Z = 15)$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3$ → 5 electrones de valencia.

a) Estructuras de Lewis.

Trifluoruro de boro,

\text{BF}_3

3 + 3\cdot 7 = 24

electrones de valencia (12 pares). Tres enlaces simples

\text{B–F}

y tres pares solitarios en cada flúor:

\begin{array}{ccccc} & & :\!\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}\!: & & \\ & & | & & \\ :\!\underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}} & - & \text{B} & - & \underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}}\!: \end{array}

El boro queda con solo 6 electrones a su alrededor: es una excepción a la regla del octeto (octeto incompleto). Cada flúor sí completa su octeto.

Trifluoruro de fósforo,

\text{PF}_3

5 + 3\cdot 7 = 26

electrones de valencia (13 pares). Tres enlaces simples

\text{P–F}

, tres pares solitarios en cada flúor y un par solitario en el fósforo:

\begin{array}{ccccc} :\!\underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}} & - & \overset{\cdot\cdot}{\text{P}} & - & \underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{\text{F}}}\!: \\ & & | & & \\ & & :\!\underset{\cdot\cdot}{\text{F}}\!: & & \end{array}

Aquí todos los átomos cumplen el octeto: el fósforo tiene 3 pares enlazantes y 1 libre (

8

electrones).

b) Geometría según la RPECV.

La teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia dice que los pares alrededor del átomo central se colocan lo más separados posible; la geometría molecular se describe después mirando solo dónde están los átomos.

Molécula	Pares enlazantes	Pares libres	Tipo	Disposición de los pares	Geometría molecular
$\text{BF}_3$	3	0	$\text{AB}_3$	Triangular plana	Triangular plana, $120^\circ$
$\text{PF}_3$	3	1	$\text{AB}_3\text{E}$	Tetraédrica	Pirámide trigonal, $< 109{,}5^\circ$

En el $\text{BF}_3$ , los tres pares enlazantes se reparten en un plano a $120^\circ$ : los tres flúor forman un triángulo equilátero con el boro en el centro (hibridación $sp^2$ del boro).
En el $\text{PF}_3$ hay cuatro pares alrededor del fósforo, que apuntan a los vértices de un tetraedro (hibridación $sp^3$ ). Uno de ellos es el par solitario, que no se «ve» en la forma de la molécula: los tres flúor quedan en la base y el fósforo en el vértice de una pirámide trigonal. El par libre repele más que los enlazantes y cierra los ángulos $\text{F–P–F}$ por debajo de $109{,}5^\circ$ (unos $98^\circ$ en el $\text{PF}_3$ real).

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

c) Polaridad.

Los dos tipos de enlace son polares, porque el flúor es mucho más electronegativo que el boro y que el fósforo: cada enlace tiene un momento dipolar dirigido hacia el flúor. La polaridad de la molécula depende de cómo se sumen esos tres dipolos:

$\text{BF}_3$ : los tres dipolos $\text{B–F}$ son iguales y forman ángulos de $120^\circ$ en un plano; su suma vectorial es cero. La molécula es apolar.
$\text{PF}_3$ : en la pirámide los tres dipolos $\text{P–F}$ apuntan hacia abajo, hacia la base, y no se compensan (además, el par libre del fósforo está al otro lado). El momento dipolar total no es nulo: la molécula es polar.

Consejo

No le pongas un par solitario al boro «para completar el octeto»: con 3 electrones de valencia no tiene de dónde sacarlo. Es la excepción clásica (octeto incompleto) y la corrección la busca.

En b) distingue la disposición de los pares (tetraédrica en el $\text{PF}_3$ ) de la geometría de la molécula (pirámide trigonal): decir «tetraédrica» a secas para el $\text{PF}_3$ se considera un error.