Estructura, Geometría y Polaridad de Moléculas Comunes

Cuestión 1: Estructura, Geometría y Polaridad de Moléculas Comunes

Dadas las siguientes moléculas: PH₃, H₂S, CH₃OH, BeI₂.

a) Estructuras de Lewis

En la molécula PH₃, el fósforo (P) posee cinco electrones en su capa de valencia (3s² 3p³). Forma 3 enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno y queda con un par de electrones libres. La estructura de Lewis es:

En la molécula H₂S, el azufre (S) posee seis electrones en su capa de valencia (3s² 3p⁴). Forma dos enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno y queda con dos pares de electrones libres. La estructura de Lewis es:

En la molécula de metanol (CH₃OH), el carbono (C) posee cuatro electrones en su capa de valencia (2s² 2p²). Promociona un electrón del orbital atómico 2s al orbital atómico vacío 2p y forma cuatro enlaces covalentes: tres con átomos de hidrógeno y uno con el átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno (O), con sus seis electrones de valencia, forma un enlace covalente con el átomo de carbono y otro con el átomo de hidrógeno, quedando con dos pares de electrones no compartidos. La estructura de Lewis de la molécula es:

En la molécula BeI₂, el berilio (Be) posee dos electrones en su capa de valencia (2s²). Forma dos enlaces covalentes con los átomos de yodo (I). Cada átomo de yodo, al compartir en el enlace uno de los electrones de su capa de valencia, queda con tres pares de electrones no compartidos. La estructura de Lewis de la molécula es:

b) Enlaces de Hidrógeno

De las moléculas propuestas, solo en el metanol (CH₃OH) un átomo de hidrógeno se une por enlace covalente a un átomo pequeño y muy electronegativo, el de oxígeno (O). Ello provoca un desplazamiento del par de electrones del enlace O−H hacia el átomo de oxígeno, apareciendo sobre este una carga eléctrica parcial negativa (δ⁻) y sobre el átomo de hidrógeno una carga eléctrica parcial positiva (δ⁺). La polaridad del enlace O−H hace que al aproximarse dos moléculas de metanol, lo hagan orientándose el polo positivo (δ⁺) de una al polo negativo (δ⁻) y a los pares de electrones no compartidos del átomo de oxígeno de la otra. La fuerza atractiva que aparece entre polos eléctricos opuestos es lo que constituye el enlace por puente de hidrógeno.

c) Geometría Molecular y Hibridación

Los átomos centrales (P, S y C) en PH₃, H₂S y CH₃OH hibridan los orbitales atómicos ns y np. El carbono, con promoción de uno de los electrones 2s al 2p vacío, forma 4 orbitales híbridos sp³. Estos se dirigen desde el átomo central (C) hacia los vértices de un tetraedro regular.

Los átomos de P y S, sin promoción de electrones en el sentido de aumentar el número de electrones desapareados inicial, forman también 4 orbitales híbridos sp³ equivalentes. Estos se dirigen, desde los átomos centrales (P y S), hacia los vértices de un tetraedro regular.

El átomo de Be en BeI₂ promociona uno de los electrones del orbital atómico 2s a uno de los 2p vacíos, dando lugar a dos orbitales híbridos sp. Estos se dirigen desde el átomo de berilio en la misma dirección y sentidos opuestos.

• Para la molécula PH₃, con un par de electrones libres sobre el átomo de fósforo (ubicado en uno de los orbitales híbridos sp³), la geometría es piramidal debido a la repulsión entre los pares de electrones compartidos y libres.
• En la molécula H₂S, de los cuatro orbitales híbridos sp³, dos se utilizan para unirse mediante un enlace covalente a dos átomos de hidrógeno, y los otros dos para albergar, cada uno, un par de electrones no compartidos. La repulsión electrostática entre los pares de electrones compartidos y no compartidos hace que la geometría de la molécula sea angular.
• El carbono en CH₃OH no presenta ningún par de electrones no compartidos. Por lo tanto, los cuatro orbitales híbridos sp³ del átomo de carbono se utilizan en formar enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno y el grupo OH, siendo la geometría alrededor del carbono tetraédrica.
• La molécula de BeI₂, en la que el átomo de Be no presenta pares de electrones no compartidos, los enlaces se dirigen desde el átomo de berilio en sentidos opuestos, siendo su geometría lineal.

d) Polaridad Molecular

Las moléculas PH₃, H₂S y CH₃OH son polares. Esto se debe a que, por la geometría de las moléculas, la resultante de los momentos dipolares de enlace no se anula.

Por el contrario, la molécula BeI₂ es apolar. Esto se debe a que, por su geometría lineal, la resultante de los momentos dipolares de enlace se anula.