Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · País Vasco 2025 · Julio

a) Electrones de valencia.$$\text{O}: 1s^2\,2s^2\,2p^4 \qquad \text{S}: [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4 \qquad \text{N}: 1s^2\,2s^2\,2p^3 \qquad \text{B}: 1s^2\,2s^2\,2p^1 \qquad \text{Cl}: [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5$$El O y el S tienen 6 electrones de valencia; el N, 5; el B, 3; el Cl, 7, y el H, 1.

H₂O y H₂S. El átomo central (O o S) comparte un electrón con cada hidrógeno: dos enlaces covalentes simples (dos pares enlazantes) y le quedan dos pares solitarios. En la estructura de Lewis, el O (o el S) queda en el centro con un enlace sencillo a cada H y dos pares de electrones libres; cada H, con su único par enlazante. Son 4 pares alrededor del átomo central, con distribución tetraédrica, pero como dos son solitarios la geometría de la molécula es angular.

NCl₃. El N comparte tres de sus electrones con tres átomos de Cl (tres enlaces simples) y le queda un par solitario. Cada Cl tiene un par enlazante y tres pares libres. Son 4 pares, distribución tetraédrica, y con un par solitario la geometría es pirámide trigonal.

BCl₃. El B comparte sus tres electrones con tres átomos de Cl (tres enlaces simples) y no tiene pares solitarios; cada Cl lleva tres pares libres. El B se queda con solo 6 electrones a su alrededor: es una excepción a la regla del octeto (octeto incompleto). Con 3 pares enlazantes, la geometría es triangular plana.

b) Ángulos de enlace.

• $\text{H}_2\text{O}$ y $\text{H}_2\text{S}$: angulares; los dos pares solitarios cierran el ángulo por debajo de los 109,5º del tetraedro (104,5º en el agua y unos 92º en el $\text{H}_2\text{S}$).
• $\text{NCl}_3$: piramidal; el par solitario cierra el ángulo algo por debajo de 109,5º (unos 107º).
• $\text{BCl}_3$: triangular plana, con tres pares enlazantes repartidos en un plano: 120º.

El ángulo mayor es el del $\text{BCl}_3$.

c) Hibridación del átomo central.

• $\text{H}_2\text{O}$, $\text{H}_2\text{S}$: 2 enlaces σ + 2 pares solitarios = 4 pares → $sp^3$.
• $\text{NCl}_3$: 3 enlaces σ + 1 par solitario = 4 pares → $sp^3$.
• $\text{BCl}_3$: 3 enlaces σ y ningún par solitario = 3 pares → $sp^2$.

d) H₂O frente a H₂S. Las dos moléculas son angulares y polares, pero solo el agua forma enlaces de hidrógeno: el H está unido a un átomo muy electronegativo y pequeño (O), con pares libres. En el $\text{H}_2\text{S}$ el S es menos electronegativo y más grande, y solo hay fuerzas de Van der Waals (dipolo-dipolo y dispersión). Como el enlace de hidrógeno es mucho más intenso, el $\text{H}_2\text{O}$ tiene el punto de ebullición más alto (100 ºC frente a unos −60 ºC; el agua es líquida a temperatura ambiente y el $\text{H}_2\text{S}$, un gas).

NCl₃ frente a BCl₃. El $\text{NCl}_3$ es piramidal: los momentos dipolares de los enlaces N–Cl y el del par solitario no se anulan y la molécula es polar (fuerzas dipolo-dipolo además de las de London). El $\text{BCl}_3$ es triangular plana y simétrica: los tres momentos dipolares B–Cl se anulan y la molécula es apolar (solo fuerzas de London). Con un tamaño parecido, el $\text{NCl}_3$ hierve a mayor temperatura (unos 71 ºC frente a unos 13 ºC).