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Geometría molecular y polaridad
Teoría
2020 · Ordinaria · Suplente
B3
Examen

Dadas las especies químicas HX2O\ce{H2O} y PClX3\ce{PCl3}:

a) Dibuje la estructura de Lewis de cada molécula y prediga su geometría.b) Justifique la polaridad de las moléculas según la TRPECV.c) Explique cuál tendrá un mayor punto de fusión.
TRPECVgeometría molecularLewis
a) Dibuje la estructura de Lewis de cada molécula y prediga su geometría.

Para la molécula de HX2O\ce{H2O}, el átomo central es el oxígeno (6 electrones de valencia) y los hidrógenos aportan 1 electrón cada uno. El número total de electrones de valencia es 8 (4 pares). El oxígeno forma dos enlaces sencillos con los átomos de hidrógeno y posee dos pares de electrones solitarios.Según la TRPECV, el átomo central (A) está rodeado por dos pares de enlace (B) y dos pares solitarios (E), lo que corresponde a una notación AB2E2AB_2E_2. La disposición de los pares de electrones es tetraédrica para minimizar las repulsiones, pero la geometría molecular resultante es angular, con un ángulo de enlace ligeramente inferior a 109,5109,5^\circ debido a la mayor repulsión de los pares solitarios.Para la molécula de PClX3\ce{PCl3}, el fósforo es el átomo central (5 electrones de valencia) y cada cloro aporta 7 electrones. El número total de electrones de valencia es 5+(3×7)=265 + (3 \times 7) = 26 (13 pares). El fósforo forma tres enlaces sencillos con los cloros y le queda un par de electrones solitario.Siguiendo la TRPECV, el átomo central (A) presenta tres pares de enlace (B) y un par solitario (E), respondiendo a la notación AB3E1AB_3E_1. La disposición de los pares de electrones es tetraédrica, lo que define una geometría molecular piramidal trigonal.

b) Justifique la polaridad de las moléculas según la TRPECV.

En la molécula de HX2O\ce{H2O}, los enlaces OH\ce{O-H} son polares debido a la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno. Dado que la geometría es angular (AB2E2AB_2E_2), los momentos dipolares de los enlaces no se anulan vectorialmente, resultando en un momento dipolar total diferente de cero (μ0\mu \neq 0). Por tanto, la molécula es polar.En la molécula de PClX3\ce{PCl3}, los enlaces PCl\ce{P-Cl} son polares por la diferencia de electronegatividad. Al presentar una geometría piramidal trigonal (AB3E1AB_3E_1), la asimetría de la molécula impide que los vectores de los momentos dipolares de enlace se cancelen. El momento dipolar resultante es no nulo (μ0\mu \neq 0), por lo que la molécula es polar.

c) Explique cuál tendrá un mayor punto de fusión.

La molécula de HX2O\ce{H2O} presentará un mayor punto de fusión. Esto se debe a que, al tener átomos de hidrógeno unidos a un átomo muy pequeño y muy electronegativo como el oxígeno, puede formar enlaces de hidrógeno. Estas fuerzas intermoleculares son significativamente más intensas que las fuerzas de Van der Waals (dipolo-dipolo y fuerzas de dispersión de London) que actúan en el PClX3\ce{PCl3}.Aunque la masa molecular del PClX3\ce{PCl3} es mayor, la presencia de los enlaces de hidrógeno en el agua requiere una cantidad de energía mucho más elevada para vencer las interacciones entre las moléculas y producir el cambio de estado de sólido a líquido.