ENLACE QUIMICO

ENLACE QUIMICO
1.- Prediga la estructura de Lewis de los siguientes compuestos:
a.- BF3
b.- CH4
Para poder predecir la estructura de Lewis utilizamos la siguiente fórmula:
E=I-R
Donde:
E: representa la cantidad de electrones compartidos en la molécula o ión poliatómico
I : representa la cantidad de electrones en la capa de valencia que necesitan todos los átomos de
una molécula o ión poliatómico para alcanzar la configuración del gas noble más cercano.
R: representa la cantidad de electrones disponible en la capa de valencia de todos los átomos
(representativos).
Para escribir la estructura de Lewis seguimos algunas reglas como:
El elemento menos electronegativo, suele ser el átomo central, con excepción del Hidrógeno.
Los átomos de oxígeno no se enlazan entre sí, con excepción de las moléculas de O2 y O3, los
peróxidos que contienen los grupos O2-2, los superóxidos que contienen O2-.
En los oxiácidos el hidrógeno suele enlazarse a los átomos de oxígeno y no al átomo central.
Se calcula I, el número de electrones en la capa externa (de valencia) que requieren todos los átomos
de la molécula o ión para adquirir la configuración del gas noble más cercano.
Se calcula R, el número de electrones disponibles en las capas externas (de valencias) de todos los
átomos.
Se calcula E, el número de electrones compartidos en la molécula o ión, utilizando la relación E = I –
R.
Se colocan en el esqueleto de la molécula los electrones E como pares compartidos, utilizando
simples, dobles y triples enlaces.
Las estructuras pueden representarse mediante las fórmulas puntuales de Lewis o mediante guiones, y
cada guión representa un par de electrones compartidos.
Para responder el inciso a) BF3.
Primero ubicamos el átomo central que es el boro, B.
Para saber cuantos electrones tiene cada uno de los átomos de la molécula, en nuestro caso el boro y el
flúor, en la capa más externa, realizamos la configuración electrónica:
= 1s2 2s2 2p1
2
2
6
2
6
17Cl = 1s 2s 2p 3s 3p
5B
Es así que el boro, B, en la capa externa tiene 3 electrones disponibles y el Cloro, Cl, contiene 7 electrones
disponibles.
Luego procedemos a calcular el valor de I, como continua:
I=1×6+3×8
I = 30 electrones.
Ahora procedemos a calcular R:
R=1×3+3×7
R = 24 electrones
Por último calculamos:
E = 30 – 24
E = 6 electrones, que equivalen a 3 enlaces.
Por lo que la estructura de Lewis es:
Como verás y te preguntarás para el Boro, al realizar el cálculo de cuantos electrones requiere para
alcanzar la configuración del gas noble más cercano, utilizamos 6 y no 8, esto es porque esta es una
excepción a la regla del octeto. Porque los elementos del grupo III A o 13, sólo contienen 3 electrones en
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la capa de valencia, por lo que suelen formar tres enlaces covalentes cuando se unen con otros tres
átomos.
TE ACONSEJAMOS QUE LEAS LAS OTRAS LIMITACIONES A LA REGLA DEL OCTETO QUE
EXISTEN.
b) Para el de CH4
El átomo central es el Carbono.
Configuración:
2
2
2
6C = 1s 2s 2p
1
1H = 1s
El Carbono contiene 4 electrones en su capa más externa y el Hidrógeno contiene 1 electrón.
Ahora calculamos I, R y E.
La estructura de Lewis es:
I=1×8+4×2
I = 16 electrones
R=1×4+4×1
R = 8 electrones
E=I–R
E = 16 – 8
E = 8 electrones, por lo tanto 4 enlaces
En este caso el hidrógeno para alcanzar la configuración del gas noble más cercano colocamos
2, porque el gas noble más cercano es el He, que posee 2 electrones.
2.- Para ión carbonato predecir la estructura de Lewis.
El ión carbonato es CO3-2
El átomo central es el Carbono.
Configuración:
2
2
2
6C = 1s 2s 2p
2
2
4
8O = 1s 2s 2p
El Carbono contiene 4 electrones en su capa más externa y el Oxígeno contiene 6 electrones.
Ahora calculamos I, R y E.
La estructura de Lewis es:
I=1×8+3×8
I = 32 electrones
R=1×4+3×6+2
R = 24 electrones
E=I–R
E = 32 – 24
E = 8 electrones, por lo tanto 4 enlaces
Como verás al realizar el calculo de R, a los electrones disponibles en cada átomo le sumamos
2 electrones estos provienen de la carga del ión, es decir el ión se quedo con 2 electrones.
También verás que el entorno químico de cada átomo del oxígeno es similar. Por lo que
también se pueden plantear las siguientes estructuras, incluyendo la antes escrita.
Una molécula o ión poliatómico para el cual es posible escribir dos o más fórmulas puntuales
con el mismo ordenamiento de átomos con el fin de describir el enlace, presenta resonancia.
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Las tres estructuras son estructuras resonantes del ión carbonato. La estructura verdadera es
un promedio de las tres.
La representación real no es ninguna de ellas sino todas, en donde los electrones están
deslocalizados a través de los átomos del ión.
3.- ¿Qué tipos de enlace posee el ácido sulfúrico?
Escribimos la configuración electrónica:
2
2
6
2
4
16S = 1s 2s 2p 3s 3p
2
2
4
8O = 1s 2s 2p
1
1H = 1s
De acuerdo a esto el azufre posee 6
electrones disponibles en la capa externa,
el oxígeno también posee 6 electrones y el
hidrógeno 1.
Ahora calculamos I, R y E.
I=1×8+4×8+2×2
I = 44 electrones
R=1×6+4×6+2×1
R = 32 electrones
E=I–R
E = 44 – 32
E = 12 electrones, por lo tanto 6 enlaces
La estructura de Lewis es:
··
:O:
H -
··
O
··
··
-S-O-H
··
:O:
··
Posee 4 enlaces covalentes simples, 2 corresponden a enlaces S - O y 2 corresponden a
enlaces O - H.
También posee 2 enlaces covalentes dativos entre el azufre y el oxígeno, simbolizados con las
flechas.
4.- Prediga la geometría electrónica y molecular de:
a) BF3.
b) CH4.
c) NH3
d) H2O
PARA RECORDAR
La geometría electrónica se refiere a los ordenamientos geométricos de regiones de alta
densidad electrónica alrededor del átomo central.
La geometría molecular se refiere a la disposición tridimensional de los átomos de una
molécula.
La presencia de electrones libres sobre el átomo central, afecta la geometría molecular, ya que
existirán fuerzas de repulsión: entre pares enlazantes, entre pares libres, y entre par enlazante
y par libre.
En general, de acuerdo con el modelo RPECV, las fuerzas de repulsión disminuyen según el
siguiente orden:
Repulsión par libre contra par libre > repulsión par libre contra par enlazante > repulsión par
enlazante contra par enlazante.
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a) Primero escribimos la configuración electrónica de los átomos:
= 1s2 2s2 2p1
2
2
5
9F = 1s 2s 2p
5B
Realizamos la estructura de Lewis:
El trifluoruro de boro contiene tres enlaces covalentes. El átomo central (B) no contiene
electrones no compartidos. Este tipo de moléculas es del tipo AB3 sin pares de electrones no
compartidos.
Hibridación del átomo central: sp2
Geometría electrónica: Trigonal plana (3 regiones de alta densidad alrededor del átomo central)
Geometría molecular: Trigonal plana
b) CH4
= 1s2 2s2 2p2
1
1H = 1s
Estructura de Lewis:
6C
Hibridación del átomo central sp3.
Es una molécula del tipo AB4 sin pares de electrones no compartidos en el átomo central.
Presenta 4 regiones de alta densidad electrónica, por lo que su geometría electrónica es
Tetraédrica, lo mismo que su geometría molecular dado que el átomo central no posee pares
de electrones sin compartir.
c) NH3
= 1s2 2s2 2p3
1
1H = 1s
Estructura de Lewis.
7N
Hibridación del átomo central sp3.
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Es una molécula del tipo AB3 con un par de electrones no compartidos en el átomo central.
Presenta 4 regiones de alta densidad electrónica, por lo que su geometría electrónica es
Tetraédrica.
El par de electrones ubicados sobre el nitrógeno origina una repulsión de estos con los
electrones que son parte del enlace N H, originando una geometría molecular piramidal.
d) H2O
= 1s2 2s2 2p4
1
1H = 1s
Estructura de Lewis
8O
Hibridación del átomo central sp3
Es una molécula del tipo AB2 con dos pares de electrones no compartidos en el átomo central.
Presenta 4 regiones de alta densidad electrónica, por lo que su geometría electrónica es
Tetraédrica.
Al poseer dos pares de electrones no compartidos existe repulsión entre ellos y entre los
electrones que son parte del enlace O H, originando una geometría molecular angular.
RECORDAR
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5.- Basándose en el modelo de orbitales moleculares, calcule el orden de enlace en la
molécula de F2. Justifique su respuesta.
9F
= 1s2 2s2 2p5
Distribución electrónica en orbitales moleculares
Orbitales atómicos
Orbitales moleculares
Orbitales atómicos
2s x*
2 py*
2p
2pz*
2py
2pz
2p
2s x
2s *
2s
2s
2s
1s *
1s
1s
1s
1s 2 1s *2 2s 2 2s *2 2s x2 (2py2 2pz2) (2py*2 2pz*2)
Orden de Enlace = [Nº e enlace – Nº e antienlace] / 2 = [10 – 8] / 2 = 1
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6.- Basándose en el modelo de orbitales moleculares, calcule el orden de enlace en la
molécula de O2+. Justifique su respuesta.
8O
= 1s2 2s2 2p4
Si fuera la molécula O2 deberíamos configurar 16 electrones, pero la del ejercicio es una
molécula con una carga positiva debemos configurar 15 electrones.
Distribución electrónica en orbitales moleculares
Orbitales atómicos
Orbitales moleculares
Orbitales atómicos
2s x*
2 py*
2p
2pz*
2py
2pz
2p
2s x
2s *
2s
2s
2s
1s *
1s
1s
1s
1s 2 1s *2 2s 2 2s *2 2s x2 (2py2 2pz2) (2py*1 2pz*)
Orden de Enlace = [Nº e enlace – Nº e antienlace] / 2 = [10 – 5] / 2 = 2.5
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7.- ¿Quién posee mayor longitud de enlace el N2 o N2+?
7N
= 1s2 2s2 2p3
Para N2 configuramos 14 electrones.
Para N2+ configuramos 13 electrones.
Distribución electrónica en orbitales moleculares
Orbitales atómicos
Orbitales moleculares
Orbitales atómicos
2 s x*
2 py*
2p
2pz*
2s x
2py
2p
2pz
2s *
2s
2s
2s
1s *
1s
1s
1s
N
N2
N2 = 1s 2 1s *2 2s 2 2s *2 (2p y2 2p z2) 2s x2
N
Orden de Enlace = [Nº e enlace – Nº e antienlace] / 2 = [10 – 4] / 2 = 3
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Orbitales atómicos
Orbitales moleculares
Orbitales atómicos
2 s x*
2 py*
2pz*
2p
2s x
2p
2py 2pz
2s *
2s
2s
2s
1s *
1s
1s
1s
N
N 2+
N
N2+ = 1s2 1s*2 2s2 2s*2 (2py2 2pz2) 2sx1
Orden de Enlace = [Nº e enlace – Nº e antienlace] / 2 = [9 – 4] / 2 = 2.5
N2+ posee un orden de enlace menor que N2, por lo que su longitud de enlace es mayor.
Rta: quien posee mayor longitud de enlace es N2+
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