16. La distribución de orbitales alrededor del O en la molécula H2O es aproximadamente tetraédrica. Pero, ¿cambia esta estructura cuando el H2O se une a un protón para formar H3O+?
(A). No, sigue siendo aproximadamente tetraédrica.
(B). Sí, se hace trigonal plana.
(C). Sí, se hace octaédrica.
(D). Sí, se vuelve plano-cuadrada.
Solución: A. La estructura de Lewis del H2O es H–Ō–H (las rayas indican pares de electrones). Como se ve, el átomo central (O) tiene alrededor cuatro pares de electrones colocados en los correspondientes orbitales, que son híbridos sp3. (Como la configuración del O es 1s2 2s2 2p4, su configuración en función de orbitales híbridos sp3 sería: 1s2 (2sp3)2 (2sp3)2 (2sp3)1 (2sp3)1); los dos orbitales que contienen un solo electrón servirían para formar los enlaces con los H). Para minimizar repulsiones, estos orbitales se orientan hacia los vértices de un tetraedro irregular. Cuando a esta molécula llega un protón (H+), que, como se sabe, está desprovisto de electrones, el O aporta dos de sus electrones para formar el enlace:
H
[H–Ō–H]+
El O sigue teniendo cuatro pares de electrones a su alrededor, por lo que la distribución de los orbitales seguirá siendo aproximadamente tetraédrica. No tiene forma plano-cuadrada porque en un cuadrado los orbitales estarían separados 90º. Al ser este ángulo menor que el tetraédrico, las repulsiones serán mayores. En cuanto a la configuración trigonal plana, es la adecuada para minimizar repulsiones de tres orbitales, no de cuatro. Y la octaédrica es la típica que adoptan seis orbitales.
17. ¿Cuántas estructuras de resonancia se podrían considerar en la molécula-ion fosfato (PO43–) que se caractericen por poseer un solo enlace doble?
(A). 1
(B). 2
(C). 3
(D). 4
Solución: D. El fósforo tiene 5 electrones en su capa de valencia. Cada oxígeno aporta 6 (24 en total). Y, además, hay que sumar los tres de la carga. La mejor forma de repartir estos 32 electrones de modo que cada átomo quede con 8 alrededor (para satisfacer los requerimientos del modelo de Lewis) es esta:
(Los signos negativos dentro de círculos indican los tres electrones que dan la carga a este anión).
Como puede verse, la estructura contiene un doble enlace. Pero no hay ninguna razón por la que ese doble enlace tenga que estar precisamente entre el P y el O señalado, ya que los cuatro O son equivalentes. Se podría pensar en las cuatro posibilidades esquematizadas en la siguiente figura. Las cuatro serían estructuras canónicas del modelo de resonancia de esta molécula-ion:
