Enlace químico. 5. Dadas las siguientes sustancias: CS 2 (lineal), HCN (lineal), NH 3 (piramidal) y H 2 O (angular):

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1 Enlace químico Cuestiones y problemas 1. Explique: a) Si las estructuras de Lewis justifican la forma geométrica de las moléculas o si ésta se debe determinar experimentalmente para poder proponer la representación correcta. b) Si cada molécula se representa en todos los casos por una única fórmula estructural. c) Representar las estructuras de Lewis de las siguientes especies: 2O y NO3 d) Justifican las representaciones de las moléculas anteriores la estabilidad de las mismas? 2. a) Ordene según polaridad creciente, basándose en los valores de las electronegatividades de la tabla adjunta, los enlaces siguientes: F, O, N, C, C O y C Cl Elemento F O Cl N C S Electronegatividad 4,0 3,5 3,0 3,0 2,5 2,5 2,1 b) La polaridad de la molécula de C 4 será igual o distinta que la del CCl 4? Justifique las respuestas 3. Dados los siguientes elementos: flúor, helio, sodio, calcio y oxígeno. a) Justifique en función de los posibles enlaces entre átomos; cuáles forman moléculas homonucleares y cuáles no, así como su estado de agregación en condiciones normales de presión y temperatura. b) Formule cuatro de los compuestos que puedan formar entre sí, indicando la naturaleza del enlace formado. 4. Considerando las sustancias Br 2, SiO 2, Fe, F y NaBr, justifique en función de sus enlaces: a) Si son o no solubles en agua. b) Si conducen la corriente eléctrica a temperatura ambiente. 5. Dadas las siguientes sustancias: CS 2 (lineal), CN (lineal), N 3 (piramidal) y 2 O (angular): a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Justifique su polaridad. 6. Dadas las moléculas 2 O, C 4, BF 3 y Cl. a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Indique razonadamente cuáles presentan enlaces de hidrógeno. c) Justifique cuáles son moléculas polares. d) Justifique cuál de las moléculas 2 O, C 4 y Cl presenta mayor carácter covalente en el enlace y cuál menor. Datos: Electronegatividades de Pauling: O = 3,5; = 2,1; C = 2,5; Cl = 3,0. 7. Teniendo en cuenta la estructura y el tipo de enlace, justifique: a) el cloruro de sodio tiene un punto de fusión mayor que el bromuro de sodio b) el carbono (diamante) es un sólido muy duro c) el nitrógeno molecular presenta una gran estabilidad química Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 1

2 d) el amoníaco es una sustancia polar. 8. Sabiendo que NaCl, NaBr y NaI adoptan en estado sólido la estructura tipo NaCl, explique razonadamente: a) Si la constante de Madelung influye en que los valores de energía reticular, de estos tres compuestos, sean diferentes. b) Si la variación de la energía reticular depende de la distancia de equilibrio entre los iones en la red cristalina. c) La energía reticular del MgCl 2 sería mayor, menor o igual que la del NaCl? Datos: Energías reticulares: NaCl = 769 kj mol 1 ; NaBr = 736 kj mol 1 y NaI = 688 kj mol 1 9. Responda a las siguientes cuestiones referidas al CCl 4, razonando las respuestas: a) Escriba su estructura de Lewis. b) Qué geometría cabe esperar para sus moléculas? c) Por qué la molécula es apolar a pesar de que los enlaces C Cl son polares? d) Por qué, a temperatura ordinaria el CCl 4 es líquido y, en cambio, el CI 4 es sólido? 9. Rellenar el siguiente cuadro poniendo en cada casilla la fórmula del elemento o de un compuesto que formen entre ellos, el tipo de enlace (C = covalente, I = iónico, M = metálico) y el estado de agregación (S = sólido, L = líquido, G = gas), tal como aparece en el ejemplo. Cl O Ca Cl Ca 2 I S O Ca 10. Dadas las configuraciones electrónicas que figuran en la tabla adjunta: A Elemento Distribución de electrones B Orbital C Periodo D Grupo Li Be B C N O F Ne a) Complete la tabla, copiando las columnas A, B, C y D en el pliego de examen (En la columna B deberá escribir el tipo de orbital donde se sitúa el último electrón). b) Razone como varía el radio atómico de estos elementos y su potencial de ionización. c) Cuál será el orden de enlace de las moléculas de aquellos elementos que las formen?. 11. Cuatro elementos diferentes A, B, C, D tienen número atómico 6, 9, 13 y 19 respectivamente. Se desea saber: a) El número de electrones de valencia de cada uno de ellos b) Su clasificación en metales y no metales c) La fórmula de los compuestos que B puede formar con los demás ordenándolos del más iónico al más covalente. Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 2

3 12. La figura adjunta representa la variación de la energía en función de la distancia internuclear para dos átomos de hidrógeno. Razone: a) Por qué tiene esa forma. b) Si el hidrógeno es una especie molecular. c) Si se tratase de dos átomos de helio, sería análogo el comportamiento? 13. Considere los compuestos BaO, Br, MgF 2 y CCl 4 a) Indique su nombre. b) Razone el tipo de enlace que posee cada uno. c) Explique la geometría de la molécula CCl 4. d) Justifique la solubilidad en agua de los compuestos que tienen enlace covalente. 14. A partir del esquema del ciclo de Born aber para el fluoruro de sodio: a) Nombre las energías implicadas en los procesos 1, 2 y 3. b) Nombre las energías implicadas en los procesos 4, 5 y 6. c) Justifique si son positivas o negativas las energías implicadas en los procesos 1,2,3,4 y 5. d) En función del tamaño de los iones justifique si la energía reticular del fluoruro sódico será mayor o menor, en valor absoluto, que la del cloruro de sodio. Justifique la respuesta. 15. Dadas las siguientes moléculas: BeCl 2, Cl 2 CO, N 3 y C 4. a) Escriba las estructuras de Lewis. b) Determine sus geometrías (puede emplear la Teoría de Repulsión de Pares Electrónicos o de ibridación). c) Razone si alguna de las moléculas puede formar enlaces de hidrógeno. d) Justifique si las moléculas BeCl 2 y N 3 son polares o no polares. Datos: Números atómicos (Z): Be = 4, Cl = 17, C = 6, O= 8, N = 7, = Dados los elementos A, B y C, de números atómicos 6, 11 y 17 respectivamente, indique: a) La configuración electrónica de cada uno de ellos. b) Su situación en la tabla periódica (grupo y período). c) El orden decreciente de electronegatividad. d) Las fórmulas de los compuestos formados por C con cada uno de los otros dos, A y B, y el tipo de enlace que presentan al unirse. 17. Dadas las moléculas Cl, KF y C 2 Cl 2 : Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 3

4 a) Razone el tipo de enlace presente en cada una de ellas utilizando los datos de electronegatividad. b) Escriba la estructura de Lewis y justifique la geometría de las moléculas que tienen enlaces covalentes. Datos: Valores de electronegatividad: K = 0,8; = 2,1; C = 2,5; Cl = 3,0; F = 4, Considere las siguientes moléculas: 2 O, F, 2, C 4 y N 3. Conteste justificadamente a cada una de las siguientes cuestiones: a) Cuál o cuáles son polares? b) Cuál presenta el enlace con mayor contribución iónica? c) Cuál presenta el enlace con mayor contribución covalente? d) Cuál o cuáles pueden presentar enlace de hidrógeno? 19. Considere las moléculas: OF 2, BI 3, CCl 4, C 2 2 a) Escriba sus representaciones de Lewis. b) Indique razonadamente sus geometrías moleculares utilizando la teoría de hibridación de orbitales o bien la teoría de la repulsión de pares electrónicos. c) Justifique cuáles son moléculas polares. d) Qué moléculas presentan enlaces múltiples? 20. Sabiendo que las temperaturas de 3550, 650, 107 y 196 C corresponden a las temperaturas de fusión de los compuestos nitrógeno, aluminio, diamante y tricloruro de boro: a) Asigne a cada compuesto el valor que le corresponde a su temperatura de fusión y justifique esta asignación. b) Justifique los tipos de enlaces y/o las fuerzas intermoleculares que están presentes en cada uno de los compuestos cuando se encuentran en estado sólido. 21. Explique las diferencias y analogías de las siguientes sustancias: calcio, sulfato de sodio, etano; en cuanto a: a) Estado de agregación b) Solubilidad en agua c) Conductividad eléctrica 22. a) Justifique las diferencias en los puntos de ebullición de los siguientes compuestos de: hidrógeno: F (P.E = 20 C), Cl (P.E = 85 C) y 2 O (P.E = 100 C).. b) Deduzca si el 2 S tendrá un P.E mayor o menor que el agua. 23. a) Diseñe un ciclo de Born aber para el MgCl 2 b) Defina al menos cuatro de los siguientes conceptos: energía de ionización, energía de disociación, afinidad electrónica, energía reticular, calor de formación y calor de sublimación. (2006 modelo, junio y septiembre) 24. Sabiendo que el boro es el primer elemento del grupo trece del Sistema Periódico, conteste razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La energía de ionización es la energía que desprende un átomo, en estado gaseoso, cuando se convierte en ion positivo. b) La energía de ionización del boro es superior a la del litio (Z = 3). Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 4

5 c) La configuración electrónica del boro le permite establecer tres enlaces covalentes. d) El átomo de boro en el B 3 tiene un par de electrones de valencia. 25. Para las siguientes especies: Br 2, NaCl, 2 O y Fe. a) Razone el tipo de enlace presente en cada caso. b) Indique el tipo de interacción que debe romperse al fundir cada compuesto. c) Cuál tendrá un menor punto de fusión? d) Razone qué compuesto/s conducirá/n la corriente en estado sólido, cuál/es lo hará/n en estado fundido y cuál/es no conducirá/n la corriente eléctrica en ningún caso. 26. Dados los siguientes compuestos: Na, C 4, 2 O, Ca 2 y F. Conteste razonadamente: a) Cuáles tienen enlace iónico y cuáles enlace covalente? b) Cuáles de las moléculas covalentes son polares y cuáles no polares? c) Cuáles presentan enlace de hidrógeno? d) Atendiendo únicamente a la diferencia de electronegatividad, cuál presenta la mayor acidez? ( modelo, junio y septiembre y modelo 2011) 27. Dados los siguientes compuestos: 2 S, BCl 3 y N 2. a) Escriba sus estructuras de Lewis b) Deduzca la geometría de cada molécula por el método RPECV o a partir de la hibridación. c) Deduzca cuáles de las moléculas son polares y cuáles no polares. d) Indique razonadamente la especie que tendrá un menor punto de fusión. 28. Dadas las siguientes moléculas: P 3, 2 S, C 3 O, BeI 2 a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Razone si forman o no enlaces de hidrógeno. c) Deduzca su geometría aplicando la teoría de hibridación. d) Explique si estas moléculas son polares o apolares. 29. Dadas las siguientes moléculas: C 4, N 3, 2 S, B 3. a) Justifique sus geometrías moleculares en función de la hibridación del átomo central. b) Razone qué moléculas serán polares y cuáles apolares. c) De qué tipo serán las fuerzas intermoleculares en el C 4? d) Indique, razonadamente, por qué el N 3 es el compuesto que tiene mayor temperatura de ebullición. 30. Dadas las siguientes sustancias: CO 2, CF 4, 2 CO y F: a) Escriba las estructuras de Lewis de sus moléculas. b) Explique sus geometrías por la teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia o por la Teoría de ibridación. c) Justifique cuáles de estas moléculas tienen momento dipolar distinto de cero. d) Justifique cuáles de estas sustancias presentan enlace de hidrógeno. Datos. Números atómicos (Z): = 1; C = 6; O = 8; F = 9; S = 16 y Cl = Considerando las moléculas 2 CO (metanal) y Br 2 O (óxido de dibromo): a) Represente su estructura de Lewis. b) Justifique su geometría molecular. Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 5

6 c) Razone si cada una de estas moléculas tiene o no momento dipolar. Datos. Números atómicos: C (Z = 6), O (Z = 8), (Z = 1), Br (Z = 35) 32. El elemento de número atómico 12 se combina fácilmente con el elemento de número atómico 17. Indique: a) La configuración electrónica de los dos elementos en su estado fundamental. b) El grupo y periodo al que pertenece cada uno. c) El nombre y símbolo de dichos elementos y del compuesto que pueden formar. d) El tipo de enlace y dos propiedades del compuesto formado. 33. Considere las sustancias: cloruro de potasio, agua, cloro y sodio. a) Indique el tipo de enlace que presenta cada una de ellas. b) Escriba las configuraciones de Lewis de aquellas que sean covalentes. c) Justifique la polaridad del enlace en las moléculas covalentes. d) Justifique la geometría y el momento dipolar de la molécula de agua. 34. Considere las moléculas de CN, CCl 3 y Cl 2 O. a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Justifique cuáles son sus ángulos de enlace aproximados. c) Justifique cuál o cuáles son polares. d) Justifique si alguna de ellas puede formar enlaces de hidrógeno. 35. Considere los elementos, O y F. a) Escriba sus configuraciones electrónicas e indique grupo y periodo de cada uno de ellos. b) Explique mediante la teoría de hibridación la geometría de las moléculas 2 O y OF 2. c) Justifique que la molécula de 2 O es más polar que la molécula de OF 2. d) A qué se debe que la temperatura de ebullición del 2 O sea mucho mayor que la del OF 2? Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 6

7 Enlace químico. Soluciones 24. a) Verdadera. La energía de ionización es la energía que desprende un átomo, en estado gaseoso y fundamental, cuando se convierte en ion positivo. b) Falsa. El litio tiene menor energía de ionización porque perdiendo u electrón adquiere la configuración de gas noble. c) Verdadera. Puede desaparear los 3 electrones de su última capa; 2s 1 2p x 1 2p y 1 d) Falsa. Tiene 3 electrones de valencia. 25. a) Br 2 : Enlace covalente, el bromo es electronegativo tiende a ganar un electrón, los dos átomos comparten dos electrones. NaCl: El Na (metal) tiende a perder un electrón, el Cl (no metal) tiende a ganar el electrón cedido por el Na. Enlace iónico. 2 O: Enlace covalente, el O tiende a ganar 2 electrones y el uno, comparten electrones en el enlace. Fe: Enlace metálico por ser el Fe un metal. b) Br 2 : Fuerzas de Van der Waals tipo London (dipolo instantáneo dipolo inducido) NaCl: enlace iónico 2 O: enlace de hidrógeno Fe: enlace metálico. c) El Br 2 tendrá el menor punto de fusión porque las interacciones entre sus moléculas son las más débiles. d) El Fe conduce en estado sólido por ser metal. El NaCl en estado fundido porque se liberan los iones de la red cristalina. El Br 2 y el 2 O no conducen la corriente (el 2 O tiene una pequeñísima conductividad debido a los iones + y O ). 26. a) Iónico: Na y Ca 2. Covalente: C 4, 2 O y F. b) Todas estas moléculas covalentes presentan enlaces polares y solo serán no polares aquellas para las que se compensen por la geometría los momentos de los enlaces. Polar: 2 O y F. No polar: C 4. c) 2 O y F, porque el O y el F tienen una elevada electronegatividad y un tamaño pequeño. d) F por ser el flúor el que presenta la mayor diferencia de electronegatividad con el hidrógeno. 27. a) b) 2 S: 2 átomos unidos al átomo central y dos pares sin compartir (hibridación sp 3 del S). Molécula angular, ángulos algo menores de 109. BCl 3 : 3 átomos unidos al átomo central y ningún par sin compartir (hibridación sp 2 del B). Molécula plana triangular, ángulos de 120. N 2 : 2 átomos unidos (hibridación sp). Molécula lineal. c) N 2 y BCl 3 son apolares. Enlaces apolares para N 2 y geometría triangular plana para BCl 3 en la que se anulan los dipolos de enlace por su geometría; 2 S es polar por Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 7

8 tener enlaces polares y no ser lineal. d) N 2 < BC1 3 < 2 S El N 2 y el BCl 3 presentan fuerzas intermoleculares débiles, tipo London (dipolo instantáneo dipolo inducido). Estas fuerzas son menores para N 2 por ser menor su masa molecular. En el 2 S las fuerzas intermoleculares son dipolo permanente, que es más fuerte. 28. a) b) El enlace de se da en moléculas con enlaces F, O o N, luego el C 3 O es el único que presenta enlaces de hidrógeno. c) P 3 : El P tiene hibridación sp 3, establece tres enlaces con los y P queda un par electrónico sin compartir. Molécula piramidal con ángulos menores de 109º. 2 S: 2 átomos unidos al átomo central y dos pares sin compartir (hibridación sp 3 del S). Molécula angular, ángulos algo menores de S 109. C 3 O: El C tiene hibridación sp 3, establece cuatro enlaces con los 3 y el O, que se repelen entre sí y dan una molécula tetraédrica con ángulos de enlace de 109,5º. El O tiene hibridación sp 3 C O con dos pares electrónicos sin compartir, establece dos enlaces con el y el C 3 que forman un ángulo menor de 109º. BeI 2 : El Be tiene hibridación sp, establece dos enlaces con los I Be I yodos que forman un ángulo de 120º. Molécula lineal. d) P 3 : Los enlaces P son apolares, molécula apolar. 2 S: Entre y S hay una pequeña diferencia de electronegatividad y como la molécula es angular será débilmente polar. C 3 O: Los enlaces C O y O son polares y debido a la geometría de la molécula, esta será polar. BeI 2 : Los enlaces Be I son polares pero como la molécula es lineal los momentos dipolares se compensan, molécula apolar. 29. a) C 4 : El C tiene hibridación sp 3, establece cuatro enlaces con los, que se repelen entre sí y dan una molécula tetraédrica con ángulos de enlace de 109,5º. N 3 : El N tiene hibridación sp 3, establece tres enlaces con los y queda un par electrónico sin compartir. Molécula piramidal con ángulos menores de 109º. 2 S: El S tiene hibridación sp 3, establece dos enlaces con los y quedan dos pares electrónicos sin compartir. Molécula angular con ángulos menores de 109º. B 3 : El B tiene hibridación sp 2, establece tres enlaces con los. Molécula triangulares con ángulos de 120º. b) En el C 4 y B 3 los enlaces son apolares y además las moléculas son simétricas, luego son apolares. En el N 3 y 2 S los enlaces son polares y no se compensan por la geometría de la molécula, luego son polares. Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 8

9 C N S B c) El C 4 presenta fuerzas intermoleculares débiles, tipo London (dipolo instantáneo dipolo inducido). d) Entre las moléculas de N 3 hay enlaces de hidrógeno que son más fuertes que las interacciones dipolo permanente ( 2 S) y las de tipo London (C 4, B 3 ). 30. CO 2 CF 4 2 CO F a) b) El C tiene hibridación sp, el O tiene hibridación sp 2. El doble enlace entre C y O está constituido por un enlace entre los orbitales híbridos y un enlace. La repulsión entre pares electrónicos de los enlaces C=O hace que la molécula sea lineal. El C tiene hibridación sp 3, establece cuatro enlaces, que se repelen entre sí y dan una molécula tetraédrica con ángulos de enlace de 109,5º. El C tiene hibridación sp 2, establece tres enlaces con los dos y con el O y un segundo enlace (entre orbitales p) con el oxígeno, la molécula es triangular plana con ángulos de 120º aproximadamente. El O tiene hibridación sp 2, establece un enlace y otro con el C y mantiene dos pares electrónicos sin compartir. El establece un enlace con el F. Molécula lineal. c) Los enlaces C=O son polares pero la geometría lineal de la molécula hace que se compensen los momentos dipolares. Molécula apolar. O C O Los enlaces C F son polares pero la geometría tetraédrica de la molécula hace que se compensen los momentos dipolares. Molécula apolar. F F F C F El enlace C=O es polar, el oxígeno es más electronegativo que el carbono y los enlaces C son apolares luego la molécula es polar. C O El F es más electronegativo que el hidrógeno. Molécula polar. d) El enlace de se da en moléculas con enlaces F, O o N, luego el F es el único que presenta enlaces de hidrógeno. F Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 9

10 31. a) b) 2 CO: El C tiene hibridación sp 2, establece tres enlaces con los dos y con el O y un segundo enlace (entre orbitales p) con el oxígeno, la molécula es triangular plana con ángulos de 120º aproximadamente. El O tiene hibridación sp 2, establece un enlace y otro con el C y mantiene dos pares electrónicos sin compartir. Br 2 O: El O tiene hibridación sp 3, establece dos enlaces con los dos bromos y mantiene dos pares electrónicos sin compartir. La molécula es angular c) 2 CO: El enlace C=O es polar, el oxígeno es más electronegativo que el carbono y los enlaces C son apola- C O res luego la molécula es polar. Br 2 O: Los enlaces Br O son polares, el oxígeno es más Br electronegativo que el bromo y, como la geometría es O angular, la molécula es polar Br a) Z = 12 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2. Z = 17 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 b) Z = 12 Periodo 3. Grupo 2. Z = 17 Periodo 3. Grupo 17. c) Z = 12 Magnesio, Mg. Z = 17 Cloro, Cl. Forman el compuesto: MgCl 2. d) Enlace iónico. Los compuestos iónicos son duros, de altos puntos de fusión y ebullición, solubles en agua y no conductores del calor ni la electricidad (salvo si están fundidos). a) KCl: iónico, 2 O: covalente, Cl 2 : covalente, Na: metálico. b) c) La molécula de 2 O es polar porque los dos enlaces O son polares y la molécula es angular. En el Cl 2 el enlace es apolar. d) El O tiene hibridación sp 3, con 2 átomos de unidos a él dos pares sin compartir, por lo que la molécula es angular, con ángulos algo menores de a) b) CN: El C tiene hibridación sp, establece dos enlaces con y N y dos enlaces con el N. La geometría es lineal. Angulo de enlace 180º. CCl 3 : El C tiene hibridación sp 3, establece cuatro enlaces con los demás átomos. La geometría es tetraédrica con ángulos de enlace de unos 109º. Cl 2 O: El O tiene hibridación sp 3, establece dos enlaces con los dos cloros y mantiene dos pares electrónicos sin compartir. La molécula es angular con ángulo de enlace de unos 104º. c) CN: El enlace C N es polar, el nitrógeno es más electronegativo que el carbono y los enlaces C son C N Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 10

11 apolares luego la molécula es polar. CCl 3 : Los enlaces C Cl son polares, el cloro es más electronegativo que el C y debido a la geometría tetraédrica la molécula es polar. Cl 2 O: Los enlaces Cl O son polares, el oxígeno es más electronegativo que el cloro y, como la geometría es angular, la molécula es polar. Cl Cl Cl Cl C Cl d) Ninguna de ellas puede formar puentes de porque éstos sólo se dan en moléculas con enlaces N, O y F. 35. a) : ls 1 (grupo IA, período 1); O: 1s 2 2s 2 2p 4 (grupo VIA, período 2); F: 1s 2 2s 2 2p 5 (grupo VIIA, período 2). b) En ambos casos hibridación sp 3 en el átomo central (O), formación de 2 enlaces simples por solapamiento entre los híbridos sp 3 del O y los orbitales semiocupados 1s (del ) o 2p (del F), y dos pares de electrones no compartidos en híbridos sp 3. Por tanto, geometría angular. c) Por la diferencia de electronegatividad, los enlaces -O son más polares que los O- F. Como los momentos dipolares no se compensan por geometría, la molécula 2 O será más polar que la OF 2. d) Se suman dos razones: mayor polaridad de la molécula de 2 O y su posibilidad de formar enlaces de. O Química 2º de Bachillerato. Enlace químico Página 11