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Química · Unidad 6 — Enlace químico

Polaridad de enlace y polaridad molecular

Que los enlaces sean polares no alcanza para que la molécula lo sea. Si la geometría los distribuye de forma simétrica, los tironeos se cancelan entre sí y la molécula queda apolar: el CO2 es el caso testigo.

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La explicación

Dos preguntas distintas, y en este orden

La polaridad se decide en dos pasos que no se pueden mezclar:

La respuesta a la primera no determina la segunda. Hay moléculas con enlaces muy polares que en conjunto son perfectamente apolares, y ése es el contenido central del tema.

El enlace polar y el momento dipolar

Cuando ΔEN ≠ 0, el par compartido queda corrido hacia el átomo más electronegativo. Ese átomo adquiere una carga parcial negativa, δ−, y el otro una positiva, δ+. El enlace tiene entonces un momento dipolar: un vector que apunta del δ+ al δ−, con módulo tanto mayor cuanto más grande sea ΔEN.

μ = q · d    (carga parcial × distancia entre los centros de carga)

Se mide en debyes, D. Lo que importa para este tema es que es un vector: tiene dirección y sentido, y los vectores se suman como vectores, no como números.

De los enlaces a la molécula

1. Calculá ΔEN de cada enlace. Si todos dan 0, la molécula es apolar y terminaste.
2. Determiná la geometría con TRePEV (tema 6.3).
3. Dibujá un vector sobre cada enlace, apuntando al átomo más electronegativo.
4. Sumalos. Si la suma da cero, la molécula es apolar; si no, es polar.
5. Y un par libre sobre el central también aporta densidad negativa hacia su lado: casi nunca se cancela.

El caso testigo: CO₂ contra H₂O

Los dos tienen un átomo central y dos oxígenos o dos hidrógenos, y los dos tienen enlaces claramente polares. Lo único que cambia es la forma:

CO₂  ·  ΔEN(C=O) = 1,0  ·  lineal  ·  ←O=C=O→  ·  apolar
H₂O  ·  ΔEN(O–H) = 1,4  ·  angular  ·  los dos vectores apuntan «hacia arriba»  ·  polar

En el CO₂ los dos vectores tienen el mismo módulo y sentidos exactamente opuestos: suman cero. En el agua los dos vectores forman un ángulo de 104,5°, así que se refuerzan en la dirección de la bisectriz y dejan un momento dipolar neto de 1,85 D. La molécula tiene un lado negativo, el del oxígeno, y uno positivo, el de los hidrógenos.

Ese momento dipolar del agua es la razón de casi todo lo que sigue: por qué disuelve sales, por qué hierve a 100 °C y por qué el hielo flota.

La regla práctica de la simetría

Los vectores se cancelan cuando los átomos periféricos son todos iguales y están distribuidos simétricamente alrededor del central. Eso ocurre en la lineal, la trigonal plana y la tetraédrica sin pares libres:

El CH₃Cl muestra que la simetría se rompe por dos motivos: un par libre, o un átomo periférico diferente. En el CCl₄ los cuatro vectores C–Cl se cancelan; cambiando un cloro por un hidrógeno, ya no.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Decidí si el CO2 y el H2O son moléculas polares. Datos: EN(H) = 2,1 · EN(C) = 2,5 · EN(O) = 3,5. El CO2 es lineal y el H2O es angular, con un ángulo de 104,5°.

Paso 1: los enlaces. Las dos diferencias:

C=O: ΔEN = 3,5 − 2,5 = 1,0   ·   O–H: ΔEN = 3,5 − 2,1 = 1,4

Las dos caen entre 0,4 y 1,7, así que los cuatro enlaces son covalentes polares. Hasta acá las dos moléculas van iguales, y por eso este paso solo no resuelve nada.

Paso 2: la geometría. El CO₂ tiene dos regiones alrededor del carbono y es lineal. El agua tiene cuatro regiones, dos de ellas pares libres, y es angular.

Paso 3: los vectores. En el CO₂ el oxígeno es el más electronegativo de los dos lados, así que hay un vector apuntando hacia cada oxígeno:

← O=C=O →    mismo módulo, sentidos opuestos

La suma es cero. El CO₂ es apolar, con enlaces polares y todo. Esa contradicción aparente es el contenido del tema: no hay ningún lado de la molécula que sea más negativo que el otro, porque los corrimientos se compensan.

En el agua los dos vectores apuntan del hidrógeno hacia el oxígeno, y como los enlaces forman 104,5° entre sí, no son opuestos: tienen una componente común en la dirección de la bisectriz.

μ(H₂O) = 1,85 D ≠ 0 → molécula polar
Control mental. Preguntate si hay una manera de dividir la molécula en dos mitades donde una sea más negativa que la otra. En el CO₂ no la hay: cualquier corte deja lo mismo de los dos lados. En el agua sí: el oxígeno de un lado, los dos hidrógenos del otro.

Y ahí queda armada la consecuencia que viene en el tema siguiente: el agua, al tener polos, se atrae fuertemente consigo misma y hierve a 100 °C. El CO₂, sin polos, ni siquiera es líquido a presión normal.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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