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Geometría molecular y polaridad
Teoría
2019 · Extraordinaria · Reserva
3B
Examen

Considere las moléculas NFX3\ce{NF3} y CHX3OH\ce{CH3OH}:

a) Escriba sus estructuras de Lewis.b) Justifique sus geometrías según la TRPECV.c) Razone si son o no polares.
LewisVSEPR
a) Las estructuras de Lewis son:
NFX3:N tiene 5 electrones de valencia y F tiene 7. Total=5+37=26 electrones.\ce{NF3}: \text{N tiene 5 electrones de valencia y F tiene 7. Total} = 5 + 3 \cdot 7 = 26 \text{ electrones.}
Se forma un enlace simple entre N y cada F. N tiene un par de electrones no enlazantes. Cada F tiene tres pares de electrones no enlazantes.\text{Se forma un enlace simple entre N y cada F. N tiene un par de electrones no enlazantes. Cada F tiene tres pares de electrones no enlazantes.}
FNF\quad\quad \overset{\large\cdot\cdot}{\underset{\large\cdot\cdot}{\text{F}}} - \underset{\large\cdot\cdot}{\text{N}} - \overset{\large\cdot\cdot}{\underset{\large\cdot\cdot}{\text{F}}}
\quad\quad\quad\quad\quad |
F\quad\quad\quad\quad\quad \overset{\large\cdot\cdot}{\underset{\large\cdot\cdot}{\text{F}}}
CHX3OH:C tiene 4 electrones de valencia, H tiene 1 y O tiene 6. Total=4+41+6=14 electrones.\ce{CH3OH}: \text{C tiene 4 electrones de valencia, H tiene 1 y O tiene 6. Total} = 4 + 4 \cdot 1 + 6 = 14 \text{ electrones.}
El carbono estaˊ unido a tres hidroˊgenos y a un oxıˊgeno. El oxıˊgeno estaˊ unido al carbono y a un hidroˊgeno, y tiene dos pares de electrones no enlazantes.\text{El carbono está unido a tres hidrógenos y a un oxígeno. El oxígeno está unido al carbono y a un hidrógeno, y tiene dos pares de electrones no enlazantes.}
H\quad\quad\quad \text{H}
\quad\quad\quad |
HCOH\quad \text{H} - \text{C} - \overset{\large\cdot\cdot}{\text{O}} - \text{H}
\quad\quad\quad |\quad \quad \overset{\large\cdot\cdot}{}
H\quad\quad\quad \text{H}
b) Justificación de las geometrías según la TRPECV:

Para la molécula de NFX3\ce{NF3}, el átomo central es el nitrógeno (A). Está unido a tres átomos de flúor (B) y tiene un par de electrones no enlazantes (E). Por tanto, es una molécula de tipo AB3E1AB_3E_1. La repulsión entre los cuatro pares de electrones (tres de enlace y uno no enlazante) es mínima cuando se disponen con una geometría electrónica tetraédrica. Sin embargo, el par de electrones no enlazantes ejerce una mayor repulsión que los pares de enlace, comprimiendo los ángulos de enlace y resultando en una geometría molecular piramidal trigonal, con ángulos de enlace ligeramente inferiores a 109,5^{\circ}.Para la molécula de CHX3OH\ce{CH3OH}, se deben considerar dos átomos centrales: el carbono y el oxígeno.Alrededor del carbono (A), hay cuatro enlaces simples con tres hidrógenos y un oxígeno (B). No hay pares de electrones no enlazantes (E). Por tanto, es una molécula de tipo AB4E0AB_4E_0. Los cuatro pares de electrones se disponen para minimizar la repulsión, lo que resulta en una geometría electrónica tetraédrica y, por consiguiente, una geometría molecular tetraédrica, con ángulos de enlace de aproximadamente 109,5^{\circ}.Alrededor del oxígeno (A), hay dos enlaces simples con un carbono y un hidrógeno (B), y dos pares de electrones no enlazantes (E). Por tanto, es una molécula de tipo AB2E2AB_2E_2. Los cuatro pares de electrones (dos de enlace y dos no enlazantes) se disponen para minimizar la repulsión, adoptando una geometría electrónica tetraédrica. Sin embargo, los dos pares de electrones no enlazantes ejercen una mayor repulsión que los pares de enlace, resultando en una geometría molecular angular o "bent", con un ángulo de enlace H-O-C inferior a 109,5^{\circ}.

c) Razonamiento sobre la polaridad:

La molécula de NFX3\ce{NF3} es polar. Los enlaces N-F son polares debido a la diferencia de electronegatividad entre el nitrógeno y el flúor (el flúor es más electronegativo, lo que crea un momento dipolar dirigido hacia el flúor). A pesar de que los enlaces son polares, la geometría molecular piramidal trigonal de la molécula impide que los momentos dipolares de los enlaces se cancelen entre sí. Además, el momento dipolar del par de electrones no enlazantes del nitrógeno apunta en una dirección que refuerza la asimetría, resultando en un momento dipolar neto y haciendo que la molécula sea polar.La molécula de CHX3OH\ce{CH3OH} es polar. Posee enlaces C-O y O-H que son polares debido a la diferencia de electronegatividad (el oxígeno es más electronegativo que el carbono y el hidrógeno). Los enlaces C-H son prácticamente no polares. La geometría angular alrededor del oxígeno y la disposición tetraédrica alrededor del carbono hacen que la molécula sea asimétrica en su conjunto. Los momentos dipolares de los enlaces O-H y C-O no se cancelan debido a esta asimetría, y los pares de electrones no enlazantes en el oxígeno también contribuyen a la polaridad. Esto da como resultado un momento dipolar neto significativo, haciendo que la molécula sea polar.