Enlace químico y geometría molecular

Estructura de Lewis del agua. El O ($2s^2\,2p^4$) tiene 6 electrones de valencia: comparte uno con cada H y le quedan dos pares solitarios.$$\text{H}-\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{O}}}-\text{H} \qquad (\text{tipo } \text{AB}_2\text{E}_2)$$a) Verdadera.

Según la TRPECV, el oxígeno está rodeado de cuatro pares de electrones (dos enlazantes y dos solitarios), que se orientan hacia los vértices de un tetraedro para alejarse al máximo. Pero la geometría de la molécula la marcan solo los átomos: H, O y H no están en línea, sino formando un ángulo. La molécula es angular, con un ángulo de unos $104{,}5^\circ$, algo menor que el tetraédrico ($109{,}5^\circ$) porque los pares solitarios repelen más que los de enlace y cierran el ángulo H–O–H.

b) Falsa.

El oxígeno necesita cuatro orbitales equivalentes para alojar sus cuatro pares de electrones (2 de enlace y 2 solitarios): combina el $2s$ con los tres $2p$ y forma cuatro orbitales híbridos $sp^3$, dirigidos hacia los vértices de un tetraedro.

Una hibridación $sp^2$ daría solo tres orbitales híbridos a $120^\circ$ (disposición trigonal plana), incompatible con los cuatro pares del oxígeno.

c) Falsa.

• El agua es una molécula polar: los enlaces O–H son muy polares (el O es mucho más electronegativo) y, al ser angular, sus momentos dipolares no se anulan.
• El $\text{CCl}_4$ es apolar: aunque cada enlace C–Cl es polar, la molécula es tetraédrica y simétrica, y los cuatro momentos dipolares se anulan ($\vec{\mu}_{\text{total}} = 0$).

Para disolver el $\text{CCl}_4$, el agua tendría que romper sus enlaces de hidrógeno a cambio de unas débiles fuerzas dipolo-dipolo inducido con el $\text{CCl}_4$: no compensa. Por eso no se mezclan (forman dos fases). Lo semejante disuelve a lo semejante: el $\text{CCl}_4$ se disuelve bien en disolventes apolares.

d) Falsa.

Ocurre justo al revés: el agua hierve a $100\ ^\circ\text{C}$ y el $\text{H}_2\text{S}$ a unos $-60\ ^\circ\text{C}$ (es un gas a temperatura ambiente).

• Entre moléculas de agua hay enlaces de hidrógeno: el H está unido a un átomo muy electronegativo y pequeño (O), que además tiene pares solitarios con los que atraer al H de otra molécula.
• El azufre es menos electronegativo y más grande: entre moléculas de $\text{H}_2\text{S}$ solo hay fuerzas de Van der Waals (dipolo-dipolo y de dispersión), mucho más débiles.

Hace falta más energía para separar las moléculas de agua, así que su punto de ebullición es mayor, aunque su masa molar sea menor (18 frente a 34).