Examen de Principios de Química y Estructura – Febrero 2020 (2s) | Soluciones de las preguntas 16 y 17

16. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones respecto a las moléculas BF₃ y NF₃ es cierta?

A) Ambas son apolares.
B) Los núcleos de la molécula BF₃ quedan en un plano; los de NF₃ quedan en los vértices de una pirámide de base triangular.
C) La hibridación del B y del N es sp³.
D) En ambas se cumple rigurosamente la regla del octeto de Lewis.

Solución: B. Las configuraciones electrónicas de los átomos centrales son: B: 1s² 2s² 2p¹; N: 1s² 2s² 2p³. El B, para unirse a tres átomos de F necesitaría desaparear sus electrones 2s, pasando uno de ellos a un orbital p; de este modo el B conseguiría tres electrones desapareados, uno para cada enlace con F. Eso supondría que se formarían tres orbitales híbridos sp². Eso invalida la afirmación de que la hibridación del B es sp³. Por otro lado, la hibridación sp² supone una estructura plano-triangular, como se ve en el siguiente dibujo:

En la imagen, a la izquierda, se ha planteado la distribución esperable de los electrones. El B queda rodeado por 6 electrones, luego no cumple estrictamente la regla de Lewis. Por otro lado, sus enlaces son polares, dado que el F es más electronegativo que el B, pero, por la simetría, los momentos dipolares de enlace se compensan unos con otros produciendo un momento dipolar total nulo. Es, por tanto, una molécula apolar.
   El N en el NF₃ sí cumple la regla del octeto. Para ello, hibrida el orbital 2s con los 2p formando 4 híbridos sp³ que en total contienen 5 electrones. Las hibridaciones sp³ conducen a distribuciones tetraédricas (o aproximadamente) de los pares de electrones del átomo en el que se produce la hibridación:

Esta estructura tetraédrica de la distribución de cargas se explica porque las cuatro regiones de densidad de caga electrónica que existen alrededor del N (los tres enlaces y el par de no enlace) se colocan en el espacio de modo que estén lo más alejados que sea posible, y esto es en los vértices de un tetraedro. Los núcleos de la molécula (el núcleo de N y los tres núcleos de los F) se disponen formando una pirámide de base triangular. Por otro lado, los enlaces N–F son polares y la molécula en conjunto también, ya que los momentos dipolares de enlace no se pueden anular entre sí por no estar en un plano.

17. Considérese la siguiente tabla. ¿Qué podrían significar las columnas X e Y?

(A). X es el orden de enlace; Y es la longitud de enlace.
(B). X es la longitud de enlace; Y es la energía de enlace.
(C). X es la energía de enlace; Y es el orden de enlace.
(D). X es la energía de enlace; Y es el momento dipolar del enlace.

Solución: B. El contenido de la columna de la izquierda hace pensar que se están analizando enlaces de distintos órdenes entre elementos. Una raya significa enlace simple o de orden 1; dos rayas, enlace doble o de orden 2; tres rayas, enlace triple o de orden 3. Los órdenes se miden con números enteros sencillos (1, 2, 3) o fraccionarios (0,5,  1,5,  2,5). Pero no tiene sentido un orden de enlace “142”. Por lo tanto, en la columna X no se ha representado el orden de enlace. También se ha representado la energía de enlace, ya que no tiene sentido que los valores de energía de enlace sean menores a mayor orden de enlace. Por ejemplo, el enlace triple en N≡N ha de tener más energía de enlace que el enlace doble en N=N. La respuesta correcta solo puede ser aquella que dice que X da la longitud de enlace e Y la energía. Es razonable que a mayor orden de enlace (enlace más fuerte) más próximos estén los átomos.