QuímicaMedio2,5 pts

Enlace químico y geometría molecular

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades

Extremadura · 2025 · Junio

Enunciado

Sean las moléculas

\text{NH}_3

\text{BeH}_2

\text{CH}_3\text{Cl}

\text{BF}_3

.

a) (0,5 puntos) Escribir las estructuras de Lewis de las moléculas.

b) (0,5 puntos) Indicar qué tipo de hibridación presenta el átomo central de las moléculas.

c) (0,5 puntos) Deducir la geometría de las moléculas según la TRPECV.

d) (0,5 puntos) Razonar si las moléculas son polares o apolares.

e) (0,5 puntos) Indicar cuál/es pueden formar enlaces de hidrógeno con el agua. Razonar la respuesta.

Datos: Número atómico (

Z

): N = 7; H = 1; Be = 4; B = 5; C = 6; F = 9; Cl = 17.

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Resultado

	$\text{NH}_3$	$\text{BeH}_2$	$\text{CH}_3\text{Cl}$	$\text{BF}_3$
b) Hibridación	$sp^3$	$sp$	$sp^3$	$sp^2$
c) Geometría	Pirámide trigonal	Lineal	Tetraédrica	Triangular plana
d) Polaridad	Polar	Apolar	Polar	Apolar
e) Enlace de H con agua	Sí	No	No	No

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Se empieza por los electrones de valencia de cada átomo (de la configuración electrónica) para dibujar las estructuras de Lewis. Contando los pares alrededor del átomo central (enlazantes y solitarios) se deduce todo lo demás: el número de pares da la hibridación (

2 \to sp

3 \to sp^2

4 \to sp^3

) y, con la TRPECV, la geometría. La polaridad de la molécula sale de sumar los momentos dipolares de los enlaces según esa geometría. El enlace de hidrógeno con el agua exige un H unido a N, O o F, o un N, O o F con pares libres que acepte el H del agua.

Desarrollo

Electrones de valencia (de la configuración electrónica):

$\text{H}$ : $1s^1$ → 1.
$\text{Be}$ : $1s^2\,2s^2$ → 2.
$\text{B}$ : $1s^2\,2s^2\,2p^1$ → 3.
$\text{C}$ : $1s^2\,2s^2\,2p^2$ → 4.
$\text{N}$ : $1s^2\,2s^2\,2p^3$ → 5.
$\text{F}$ : $1s^2\,2s^2\,2p^5$ y $\text{Cl}$ : $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5$ → 7 (forman un enlace y les quedan tres pares libres).

a) Estructuras de Lewis.

Amoniaco,

\text{NH}_3

5 + 3\cdot 1 = 8

electrones (4 pares). Tres enlaces

\text{N–H}

y un par solitario en el nitrógeno, que cumple el octeto:

\begin{array}{ccccc} \text{H} & - & \overset{\cdot\cdot}{\text{N}} & - & \text{H} \\ & & | & & \\ & & \text{H} & & \end{array}

Hidruro de berilio,

\text{BeH}_2

2 + 2\cdot 1 = 4

electrones (2 pares). Dos enlaces

\text{Be–H}

; el berilio se queda con solo 4 electrones (octeto incompleto):

\text{H} - \text{Be} - \text{H}

Clorometano,

\text{CH}_3\text{Cl}

4 + 3\cdot 1 + 7 = 14

electrones (7 pares). El carbono forma cuatro enlaces sencillos (tres con H y uno con Cl) y el cloro conserva tres pares solitarios:

\begin{array}{ccccc} & & \text{H} & & \\ & & | & & \\ \text{H} & - & \text{C} & - & \underset{\cdot\cdot}{\overset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!: \\ & & | & & \\ & & \text{H} & & \end{array}

Trifluoruro de boro,

\text{BF}_3

3 + 3\cdot 7 = 24

electrones (12 pares). Tres enlaces

\text{B–F}

y tres pares solitarios en cada flúor; el boro se queda con 6 electrones (octeto incompleto):

\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}

b) Hibridación del átomo central.

El número de pares de electrones alrededor del átomo central (enlazantes + solitarios) es el número de orbitales híbridos que necesita:

Molécula	Pares enlazantes	Pares solitarios	Total	Hibridación
$\text{NH}_3$	3	1	4	$sp^3$
$\text{BeH}_2$	2	0	2	$sp$
$\text{CH}_3\text{Cl}$	4	0	4	$sp^3$
$\text{BF}_3$	3	0	3	$sp^2$

c) Geometría según la TRPECV.

Los pares de electrones del átomo central se colocan lo más separados posible; la geometría de la molécula se describe mirando solo los átomos:

$\text{NH}_3$ ( $\text{AB}_3\text{E}$ ): cuatro pares en disposición tetraédrica, uno de ellos solitario. Los átomos forman una pirámide trigonal, con ángulos $\text{H–N–H}$ algo menores de $109{,}5^\circ$ (unos $107^\circ$ ) porque el par libre repele más.
$\text{BeH}_2$ ( $\text{AB}_2$ ): dos pares enlazantes enfrentados: molécula lineal, $180^\circ$ .
$\text{CH}_3\text{Cl}$ ( $\text{AB}_4$ ): cuatro pares enlazantes: tetraédrica, con ángulos próximos a $109{,}5^\circ$ (tetraedro algo distorsionado, porque un vértice es un Cl y no un H).
$\text{BF}_3$ ( $\text{AB}_3$ ): tres pares enlazantes en un plano: triangular plana, $120^\circ$ .

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

d) Polaridad.

$\text{NH}_3$ : los enlaces $\text{N–H}$ son polares (el N es más electronegativo). En la pirámide los tres momentos dipolares no se anulan y además el par libre refuerza la asimetría: polar.
$\text{BeH}_2$ : los dos enlaces $\text{Be–H}$ son polares, pero iguales y opuestos ( $180^\circ$ ): se anulan. Apolar.
$\text{CH}_3\text{Cl}$ : el enlace $\text{C–Cl}$ es mucho más polar que los $\text{C–H}$ ; aunque la forma sea tetraédrica, los cuatro sustituyentes no son iguales y los momentos no se compensan. Polar.
$\text{BF}_3$ : los tres enlaces $\text{B–F}$ son muy polares, pero iguales y a $120^\circ$ en un plano: su suma es cero. Apolar.

e) Enlaces de hidrógeno con el agua.

Un enlace de hidrógeno se forma entre un H unido a un átomo pequeño y muy electronegativo (F, O o N) y un par solitario de otro átomo de F, O o N. Con el agua, la molécula puede actuar como dadora (aportar un H unido a N, O o F) o como aceptora (aportar un par libre de N, O o F al H del agua).

$\text{NH}_3$ : sí. Tiene H unidos a N, que se unen al O del agua, y un par libre en el N, que acepta el H del agua. Por eso es tan soluble en agua.
$\text{BeH}_2$ : no. Sus H están unidos al Be, poco electronegativo (incluso con carga parcial negativa), y no tiene pares libres.
$\text{CH}_3\text{Cl}$ : no. Sus H están unidos al C, poco electronegativo, y el Cl es demasiado grande y menos electronegativo que el N, O o F. Con el agua solo da interacciones dipolo-dipolo.
$\text{BF}_3$ : no. No tiene H y el boro, con el octeto incompleto, se comporta como un ácido de Lewis: frente al agua no forma enlaces de hidrógeno, sino que reacciona con ella.

Solo el

\text{NH}_3

forma enlaces de hidrógeno con el agua.

Consejo

El $\text{BeH}_2$ y el $\text{BF}_3$ son las excepciones clásicas al octeto: no les añadas pares libres ni dobles enlaces para «completarlo». Cuenta bien los electrones de valencia y verás que no hay más.

En la polaridad, que la molécula sea tetraédrica no la hace apolar: el $\text{CH}_3\text{Cl}$ lo es solo en la forma, pero con un vértice distinto (el Cl) los momentos dipolares no se anulan.