Resolución práctico semana 9 - Eva

Curso de Química I, Química General y Química
Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
RESOLUCIÓN PRÁCTICO 14
1- a) CO2
2
2
-
La configuración electrónica del C es [He]2s 2p , por lo que presenta 4 e de valencia
2
4
La configuración electrónica del O es [He]2s 2p , por lo que presenta 6 e de valencia
-
CO2 → 4 + (2x6) = 16 e de valencia
La estructura propuesta cumple con la regla del octeto en todos sus átomos, la suma de cargas formales
es cero
GPE: Lineal, porque hay dos grupos de electrones alrededor del
átomo central
GM: Lineal
-
b) ClO2
La estructuras resonantes propuestas cumple la regla del octeto para los oxígenos y el Cl expande el
octeto por estar en el tercer período. Si se calculan las cargas formales vemos que la carga formal de los
oxígenos es -1 y 0, y para el Cl es igual a 0. Por lo tanto podemos sugerir que son las estructuras de Lewis
más contribuyentes.
GPE: tetraédrica, porque hay 4 grupos de electrones alrededor del
átomo central.
GM: Debido a que la estructura presenta dos pares de electrones no
enlazantes, AX2E2, entonces la geometría es angular
c) XeF4
2
10
6
-
La configuración electrónica del Xe es [Kr]5s 4d 5p , por lo que presenta 8 e de valencia.
2
5
La configuración electrónica del F es [He]2s 2p , por lo que presenta 7 e de valencia.
-
XeF4 → 8 + (4x7) = 36 e de valencia
Hay 36 electrones para distribuir en la estructura, entonces se plantea un enlace sencillo entre el Xe y
cada F, se completan los octetos para los átomos de F y los electrones que restan se colocan sobre el Xe.
Si observamos la estructura propuesta, vemos que los F completan el octeto, sin embargo el Xe al ser un
elemento del quinto período puede expandir el octeto y rodearse de seis pares de electrones.
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1
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Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
Según RPECV para la estructura propuesta, la geometría de grupos o pares de
electrones (GPE) será octaédrica, por tener 6 grupos de electrones. Sin
embargo la geometría molecular (GM) será cuadrada plana por tener dos
pares de electrones no enlazantes (AX4E2)
21
H
O
N
O
2
Ángulo 1
GPE: Tetraédrica, el oxígeno está rodeado por cuatro grupos de
electrones.
GM: Es angular porque hay dos pares de electrones no enlazantes
(AX2E2). Si todos los grupos fueran enlazantes entonces los
ángulos inter-enlace serían de 109.5°, sin embargo los pares no
enlazantes generan una repulsión provocando un desvío del
angulo, por lo que podemos sugerir que dicho ángulo será menor
de 109.5°.
Ángulo 2
GPE: Trigonal plana, el N está rodeado por tres grupos de electrones.
GM: Forma de V o angular. Existe un par de electrones no enlazantes (AX2E). Si todos los grupos fueran
enlazantes el ángulo ideal sería de 120°, sin embargo el par de electrones solitarios repele a los pares
enlazados, reduciendo el ángulo interenlace < 120°
3-
2
3
-
La configuración electrónica del P es [Ne] 3s 2p , por lo que presenta 5 e de valencia.
2
4
La configuración electrónica del O es [He] 2s 2p , por lo que presenta 6 e de valencia.
3-
-
PO4 → 5 + (4x6) + 3 = 32 e de valencia
3O
O
P
O
O
Tanto la GPE cómo la GM son tetraédricas, por lo tanto sus ángulos
serán próximos a 109.5°
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2
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Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
4- Si XF5 presenta una geometría de pirámide de base cuadrada, entonces presenta una fórmula RPECV
XF5E, es decir que presenta un par de electrones no enlazantes. Si contamos todos los electrones
presentes, podemos calcular electrones de valencia de X y entonces determinar el grupo. Hay 42
electrones de valencia distribuidos en
en toda la molécula, de los cuales 7 x 5 electrones son aportados por
el F. Entonces 42 e - 35 e , dan una diferencia de 7 electrones de valencia aportados por el elemento X,
por lo que se puede sugerir que pertenece al grupo 7A (no metal).
F
F
F
X
F
F
5-
Para determinar la polaridad de una molécula, se necesita saber qué tipo de geometría molecular
presenta por lo que primero se deben observar las geometrías moleculares de los compuestos.
-
Para el BF3, los electrones de valencia:
encia: 3 + (7 x 3) = 24 e
La geometría de esta molécula esta descrita como trigonal plana.
La molécula del BF3 muestra tres enlaces covalentes polares, pero la molécula no tiene momento dipolar neto
en virtud de su simetría que conduce a que la suma vectorial de los dipolos de enlace sea cero.
Para el caso del PF3 se comienza calculando los electrones de valencia
valencia y se plantea la estructura de Lewis.
Electrones de valencia : 5 + (7 x 3) = 26 e
F
F
P
F
F
P
F
F
Para que los cuatro pares de electrones del átomo central estén lo más alejados posibles, el arreglo de éstos
es tetraédrico.
Tres de las posiciones del tetraedro están ocupadas por flúor y la geometría de la molécula es pirámide
trigonal (ángulo F–P–F < 109.5°).
Además hay un par de electrones no enlazados,
cuyo momento dipolar (en rojo) se resta a los
anteriores, lo que genera un momento dipolar neto
distinto de cero. A través de otros métodos se
determina que el momento dipolar molecular
resultante tiene el sentido que se muestra
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Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
6- a) He(g)
No hay fuerzas entre las moléculas de He, ya que sólo existen en estado líquido o sólido. En estado
gaseoso las moléculas se encuentran infinitamente separadas.
b) Br2(l)
En el caso de Br2 líquido,, el enlace covalente es apolar (enlace covalente puro),
puro) por lo tanto las fuerzas
intermoleculares que están presentes son las fuerzas que se generan cuando dos moléculas se aproximan
e inducen un dipolo instantáneo sobre la otra (Fuerzas de London o fuerzas
as de dispersión)
dispersión
c) Metanol (CH3OH(l))
En el caso de CH3OH(l)) entre las fuerzas intermoleculares principales se encuentra el enlace de hidrógeno.
Dado que el metanol es una molécula polar también podemos esperar fuerzas dipolo-dipolo
dipolo
y fuerzas de
dispersión de London. Estas dos últimas de menor relevancia que el enlace de hidrógeno.
H
H
d)
Enlaces de
hidrógeno
C
O
H
H
δ (− )
δ (+ )
Solución acuosa de metanol
Cuando a la solución de metanol se le añaden las moléculas de agua, se nota que también se producirán
enlaces de hidrógeno
idrógeno con la molécula de agua. Dado que el metanol y el agua son ambas moléculas
polares también se puede esperar fuerzas dipolo-dipolo
dipolo
y también habrá fuerzas de dispersión de London.
London
Estas dos últimas de menor relevancia que el enlace de hidrógeno.
7-
uerza de dispersión de London, lo cual
SiH4 es una molécula apolar, la fuerza de atracción principal es la fuerza
explica que el punto de fusión sea el más bajo (-185 °C) (las fuerzas de dispersión son las más débiles).
débiles)
Las moléculas PH3 y H2S son moléculas polares, las fuerzas de atracción principales son las dipolo-dipolo.
dipolo
Sin embargo en el caso del H2S al haber dos grupos de electrones no enlazantes y la geometría de la
molécula produce un mayor momento dipolar,
dipolar en comparación con el PH3, entonces en el PH3 las fuerzas
atractivas dipolo-dipolo son menores respecto de las observadas en el H2S.
8- Ambas moléculas son polares, sin embargo el HBr tiene mayor
mayor punto de ebullición. La diferencia en los
PEb podría explicarse por la diferencia en PM; a mayor PM la molécula es más polarizable, lo cual
generaría fuerzas dipolares mayores (aumento de dipolos instantáneos).
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9- HCl(g), BF3, NH3, CH4, H2
F
H
Cl
B
H
F
N
H
H
H
F
C
H
H
H
H
H
La molécula que podría presentar mayor punto de ebullición es la de amoníaco, debido a que:
1. establecerá interacciones dipolo-dipolo por poseer un momento dipolar molecular distinto de cero, al
igual que la molécula de HCl,
2. además, establecerá enlaces de hidrógeno.
El resto son moléculas apolares, por poseer momento dipolar molecular igual a cero, por lo tanto las fuerzas
inter-moleculares serán más débiles.
Resolución ejercicios complementarios
10- La configuración electrónica del C es [He] 2s2 2p2, por lo que presenta 4 e- de valencia.
2
5
La configuración electrónica del Cl es [Ne] 3s 3p , 7 electrones de valencia.
CCl4 → 4 + (4x7) = 32 e de valencia
Cl
Cl
C
Cl
Cl
GPE y GM: Tetraédrica. Ángulos de enlace: 109.5
11Fórmula
e valencia
NF3
(3x7 e )+(1x5 e ) = 26e
BF3
(3x7 e )+(1x3 e ) = 24e
ClF3
(3x7 e )+(1x7e ) = 28e
Tetraédrica
Pirámide de base triangular
Trigonal plana
Trigonal plana
Bipirámide Trigonal
Forma de T
-
-
-
Estructura de Lewis
GPE
GM
3D
12- Para determinar la polaridad de una molécula, se necesita saber qué tipo de geometría molecular
presenta. Para el caso del PH3 se comienza calculando los electrones de valencia y se plantea la
estructura de Lewis.
Electrones de valencia : 5 + (1 x 3) = 8 e
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Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
Para que los cuatro pares de electrones del átomo central
estén lo más alejados posibles, el arreglo de éstos es
tetraédrico. Tres de las posiciones del tetraedro están
ocupadas por hidrógeno y la geometría de la molécula es
pirámide trigonal (ángulo H–P– H < 109.5°). Lo que
genera un momento dipolar neto distinto de cero.
-
Para SiCl4, los electrones
lectrones de valencia serán: 4 + (7 x 4) = 32 e y su geometría será
La molécula posee cuatro enlaces sencillos de forma de estar lo más
alejados entre ellos la geometría molecular sería tetraédrica presentando
ángulos de enlace de 109.5º. El momento dipolar neto va a ser igual a cero
ya que la molécula
écula es simétrica y se cancelan unos con otros.
-
Para el BF3, los electrones
lectrones de valencia: 3 + (7 x 3) = 24 e
La molécula del BF3 muestra tres enlaces covalentes polares, la
molécula no tiene momento dipolar neto en virtud a su simetría. La
geometría de esta
ta molécula esta descrita como trigonal plana.
-
Para el H2O, los electrones
lectrones de valencia: 6 + (1 x 2) = 8 e
La geometría de esta molécula esta descrita como angular
presentando un ángulo de enlace H-O-H
H
menor a 109.5. La molécula
del H2O muestra dos enlaces covalentes polares,
polares la molécula tiene
momento dipolar neto distinto de cero.
-
Para el C2H4, los electrones
lectrones de valencia: (4 x2) + (1 x 4) = 12 e
La molécula del C2H4 presenta momento dipolar neto igual a cero, ya
que es una molécula simétrica.
13- Para determinar la polaridad de una molécula, se necesita saber qué tipo de geometría molecular
presenta, como ya se ha mostrado desarrollando inicialmente su estructura de Lewis.
-
Para el caso del SiF4, electrones de valencia : 4 + (7x 4) = 32e
La molécula presenta una GPE tetraédrica, con los 4 grupos de electrones enlazantes. Si bien los enlaces F-Si
F
son polarizados por la electronegatividad del F, la molécula de SiF4 es apolar. La simetría que presenta la
misma conduce a una molécula apolar por ser su momento dipolar resultante igual a cero.
Para SF4, electrones de valencia: 6 + (7 x 4) = 34 ee
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Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
La geometría de grupos de electrones es bipirámide trigonal, sin embargo debido a que cuatro grupos son
enlazantes y uno es no enlazante la molécula adopta una conformación de balancín. Por lo tanto se genera un
1
momento dipolar neto. La molecular es polar.
Para el XeF4, electrones
lectrones de valencia: 8 + (7 x 4) = 36 ee
El XeF4 es un ejemplo de las moléculas tipo AB4E2. En este caso hay seis pares de electrones alrededor del
átomo central que como ya se sabe se colocarán en los vértices de un octaedro. Decidir dónde colocar a los
pares solitarios es bastante sencillo porque sólo hay dos opciones: colocarlos uno a 180° del otro o colocarlos
a 90° respectivamente. Es claro que las repulsiones entre estos dos
dos pares solitarios serán menores si se
encuentran a 180°. La molécula de XeF4 por lo tanto tiene una geometría cuadrada plana, si se hace un
análisis de momento dipolar neto de la molécula se ve que resulta ser cero ya que todos los momentos
dipolares generados
rados se anulan entre sí.
14- Haciendo la estructura de Lewis y teoría de RPECV, se observa que la geometría molecular es de
pirámide de base cuadrada del tipo AX5E, generándose un momento dipolar distinto de 0. El µ tiene el sentido
2
que se muestra a continuación
F
F
F
F
Br
F
F
F
Br
F
F
F
15- Ángulo 1
GPE: Tetraédrica, el C está rodeado por cuatro grupos de electrones.
H
2
GM: Tetraédrica, por lo que el ángulo será de 109.5° (AX4)
1
Según RPECV para la estructura propuesta, la geometría de grupos o pares de
C C O
electrones (GPE) será tetraédrica, por tener 4 grupos de electrones. Cómo todos los H
grupos de electrones son enlazantes, entonces la geometría molecular (GM) será
también tetraédrica.
H H
Ángulo 2
GPE: Trigonal plana, el C está rodeado por tres grupos de electrones.
GM: Trigonal (AX3)
Para predecir el ángulo de enlace en este caso podemos notar que habrá un desvío del ángulo ideal debido a
que el enlace doble con su mayor densidad electrónica, repele a los dos enlaces sencillos más fuertemente de
lo que se repelen uno a otro. Entonces el ángulo 4 entre el O=C y C-C
C será > 120°.
1
Considerando que la suma vectorial de los µ del enlace S-F no es igual, en módulo, el µ S-electrones
electrones no-enlazantes.
no
2
Considerando que el µ del enlace Br-F
F es mayor que el µ Br-electrones no-enlazantes.
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Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
16-
a)
b)
c)
d)
e)
ángulo C-C-OH = 120°
ángulo C-C-H = 109°
ángulo O=C-C < 120°
ángulo O=C-OH < 120°
ángulo N-C-H < 109°
17(-1)
(0)
2-
O
(-1)
2-
O
(-1)
2-
O
O
S
O
O
S
O
O
S
O
(-1)
(+1)
(-1)
(-1)
(0)
(-1)
(-1)
(0)
(0)
2-
O
O
S
O
(0)
(0)
(-1)
La estructura más contribuyente es aquella que contiene un doble enlace,
por lo tanto nos basaremos en ella para predecir la geometría de la
molécula.
GPE: Tetraédrica.
GM: AX3E, entonces será Pirámide de base triangular, opción c).
18- La configuración electrónica del P es [Ne] 3s2 3p3, por lo que presenta 5 e- de valencia.
La configuración electrónica del Cl es [Ne] 3s2 3p5, por lo que presenta 7 e- de valencia.
PCl5 → 5 + (5x7) = 40 e- de valencia
Cl
Cl
P
Cl
Cl
Cl
La GPE y la GM es Bipirámide Trigonal, por lo tanto (opción d)
los ángulos de enlace que separan los átomos ecuatoriales serán de 120º y los
ángulos que separan los átomos ecuatoriales de los axiales serán de 90º.
19-
a)
b)
c)
d)
e)
Su geometría molecular es bipiramidal trigonal
Su geometría molecular es octaédrica
El ángulo FSF vale 180°
El ángulo FSF vale < 90°
El orden de enlace es 3
2
4
La configuración electrónica del S es [Ne] 3s 3p , por lo que presenta 6 e- de valencia.
2
5
La configuración electrónica del F es [He] 2s 2p , por lo que presenta 7 e- de valencia.
-
SF6 → 6 + (6x7) = 48 e de valencia
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Geometría Molecular – Enlaces de Baja Energía
F
F
F
S
F
F
F
La GPE y la GM es octaédrica, por lo tanto los ángulos de enlace serán de 90º. La opción correcta es b).
20-
a)
b)
c)
d)
e)
H2O
H2
Cloruro de Hidrogeno
CH4
Peróxido de hidrogeno
En los estados sólidos, las moléculas se acomodan en una formación ordenada.
El H2, HCl y CH4, son moléculas apolares, las fuerzas intermoleculares que las mantienen juntas en estado
sólido son las Fuerzas de London, por lo que sus puntos de fusión serán pequeños. Se esperaría puntos de
fusión mayores para el agua y peróxido de hidrógeno, dado que las mismas pueden establecer además
enlaces de hidrógeno.
21-
H
O
O
H
H
O
H
Los puntos de ebullición elevados que presentan el agua y el peróxido de hidrógeno pueden ser explicados por
las interacciones por enlace de hidrógeno que dichas moléculas pueden formar. El mayor punto de ebullición
del H2O2 respecto del agua se explica porque el H2O2 es capaz de formar mayor cantidad de enlaces de
hidrógeno que la molécula de agua.
22-
a)
b)
c)
d)
e)
23-
a)
b)
c)
d)
e)
Ión-dipolo
Dipolo-dipolo
Enlaces de H
Fuerzas de van der Waals
Covalente
PCl3
HBr
CH4
NH3
H2O2
El NH3 y el H2O2 son capaces de formar enlaces de hidrógeno.
Por favor no imprima si no es necesario. Cuidar el medioambiente es responsabilidad de TODOS.
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