Unidad 2 Enlace Químico

Transcripción

1 Unidad 2 Enlace Químico OPCIÓN A 1. Defina: Resonancia: Concepto propuesto por Pauling para explicar las situaciones en las que ninguna de las posibles estructuras de Lewis de una molécula explica la estructura real de la misma. En estos casos, la estructura real de la molécula es una mezcla de todas las formas estructurales propuestas, llamadas formas resonantes o canónicas. Enlace covalente: Unión entre elementos con electronegatividades semejantes y altas en general (no metálicos o el hidrógeno). Se origina debido a la compartición de electrones entre los distintos átomos, de manera que la energía del sistema disminuye respecto de la que tenían los átomos separados. Energía de enlace: Energía que se desprende en la formación de un enlace y será el valor energético correspondiente a la distancia de enlace. Fuerza de dispersión de London: Fuerzas intermoleculares originadas en moléculas apolares debidas a la movilidad de la nube electrónica, la cual, puede provocar cierta asimetría eléctrica al desplazarse, lo que conduce a la formación de dipolos instantáneos en ellas. Esto a su vez genera dipolos inducidos en las moléculas cercanas, produciéndose la atracción entre estas moléculas. 2. Determine la energía reticular del bromuro de potasio sabiendo que en condiciones estándar el potasio es sólido y el Br 2 es líquido. Escriba todas las reacciones del ciclo de Born Haber. Datos: 391,8 ó 81,26 ó 30,7 ó 193,5 ó 418,4 321,9 /. Para determinar la energía reticular partimos de la reacción de formación del bromuro de potasio. A partir de ella, tenemos que transformar los reactivos en iones gaseosos, pues es con los iones gaseosos como se define la energía reticular / 2

2 3. La temperatura de fusión del aluminio, el diamante, el agua y el nitrógeno son: -196 ºC; 0 ºC; 650 ºC y 3550 ºC, aunque no en ese orden. Asigne razonadamente a cada sustancia una temperatura de fusión, justificando el tipo de enlace y/o fuerza intermolecular que está presente en cada una de ellas El punto de fusión está directamente relacionado con la intensidad de las fuerzas que mantienen unidas a las entidades elementales en cada sustancia. El aluminio se trata de un enlace de tipo metálico; el diamante es un tipo de enlace covalente de red molecular; las moléculas de agua están unidas por fuerzas intermoleculares de puentes de hidrógeno y las de nitrógeno están unidas por fuerzas intermoleculares de dispersión. La fortaleza de estos enlaces es: á ó ó Por lo que las temperaturas correspondientes serían: 3550º; 650º; 0º; ó 196º 4. Razone, considerando las siguientes moléculas: Para contestar adecuadamente a esta pregunta debemos conocer la estructura de Lewis y la espacial de estas moléculas: a) Cuál o cuáles presentan polaridad?, son polares porque tienen enlaces polares cuya contribución no se anula por razones de geometría. b) Cuál presenta el enlace con mayor contribución iónica?, porque son los dos átomos con mayor diferencia de electronegatividad. c) Cuál presenta el enlace con mayor contribución covalente?, por ser una molécula formada por el mismo átomo y presentar por tanto un enlace completamente covalente. d) Cuál o cuales pueden presentar enlace de hidrógeno?,, por tener el átomo de hidrógeno unido a un átomo pequeño y muy electronegativo. 5. Escriba la estructura de Lewis de las siguientes moléculas e indique la hibridación de todos los átomos marcados en negrita: a) (0,5 p) b) (0,5 p) c) (1 p)

3 OPCIÓN B 1. Defina: Enlace químico: Es el responsable de la unión estable entre dos o más átomos. Los átomos se unen mediante enlaces formando sustancias compuestas a fin de disminuir la energía interna que poseen y, por lo tanto, aumentar su estabilidad. Energía reticular: es la energía que se desprende al formarse un mol de cristal iónico a partir de sus iones componentes en estado gaseoso. Ángulo de enlace: es el ángulo hipotético formado entre el núcleo del átomo central y los núcleos de los átomos enlazados a él. Enlace de hidrógeno: interacción intermolecular electrostática entre un átomo de hidrógeno de una molécula (con densidad de carga positiva) unido a un átomo muy electronegativo y pequeño y un átomo muy electronegativo y pequeño de otra molécula (con densidad de carga negativa) unido a un hidrógeno. 2. Calcule la energía reticular del fluoruro de litio y escriba todas la reacciones del ciclo de Born y Haber a partir de los siguientes datos: - calor de formación del fluoruro de litio = 594,1 kj/mol - calor de sublimación del litio = 155,2 kj/mol - calor de disociación del flúor = 150,6 kj/mol - energía de ionización del litio = 520 kj/mol - afinidad electrónica del flúor = 333 kj/mol. Para determinar la energía reticular partimos de la reacción de formación del fluoruro de litio. A partir de ella, tenemos que transformar los reactivos en iones gaseosos, pues es con los iones gaseosos como se define la energía reticular ,1 155, , ,6 / 2

4 3. Ordene de mayor a menor punto de fusión, y de manera razonada, los siguientes compuestos: cloruro de bario, cloruro de magnesio, cloruro de estroncio y cloruro de calcio. Como todos los compuestos son iónicos, el factor determinante para ordenarlos atendiendo al punto de fusión es la energía reticular. Ésta es directamente proporcional a las cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia internuclear. Como la carga va a ser la misma en las 4 moléculas nos fijaremos en la distancia internuclear. Todas las moléculas son cloruros de un elemento alcalino-térreo, por lo que el factor determinante dentro de la distancia es el radio del catión. Dicho radio aumenta cuando descendemos en un grupo, por lo que cuanto más arriba en el grupo, menor radio, menor distancia entre núcleos y por lo tanto mayor punto de fusión. 4. Razone, considerando las siguientes moléculas: a) Cuál o cuáles tienen enlaces con polaridad?, son polares porque tienen enlaces polares cuya contribución no se anula por razones de geometría. b) Cuál presenta una geometría angular? Atendiendo a la teoría de repulsión de pares electrónicos en las capas de valencia, las moléculas del tipo son las que presentan esta geometría. De las 5 que da el problema, solamente tiene esa disposición la molécula de agua. c) Cuál presenta el enlace con mayor contribución covalente?, por ser una molécula formada por el mismo átomo y presentar por tanto un enlace completamente covalente. d) Cuál o cuales pueden presentar fuerzas de London? Aquella que puede generar espontáneamente dipolos inducidos, en este caso el hidrógeno. 5. Escriba la estructura de Lewis de las siguientes moléculas e indique la hibridación de todos los átomos marcados en negrita: a) (0,5 p) b) (0,5 p) c) (1 p) Ver el mismo ejercicio de la opción A.

5 OPCIÓN A 1. Defina Índice o número de coordinación: dentro de un cristal iónico es el número de iones de un signo que rodea a un ion de signo contrario. Banda prohibida: diferencia de energía existente entre la banda de valencia y la de conducción en un elemento metálico aislante. Esta diferencia de energía es tan grande que impide el paso de electrones de una a otra y, por tanto, la movilidad eléctrica. Enlace: Es el responsable de la unión estable entre dos o más átomos. Los átomos se unen mediante enlaces formando sustancias compuestas a fin de disminuir la energía interna que poseen y, por lo tanto, aumentar su estabilidad. Dipolo: molécula covalente que presenta 2 zonas con densidad de carga distinta debida a la polaridad de sus enlaces. 2. Construya el ciclo de Born-Haber y determine a partir de él la ecuación para calcular la energía reticular del óxido de potasio, a partir de sus elementos fundamentales, teniendo en cuenta los siguientes datos: - el oxígeno es una molécula diatómica gaseosa a temperatura ambiente - el potasio es un metal sólido a esa temperatura - la energía reticular es la energía que interviene en la reacción química cuando se forma el compuesto a partir de sus iones en estados gaseosos

6 3. Ordene de mayor a menor energía reticular, sin tener en cuenta la constante de Madelung ni el factor de compresibilidad los siguientes compuestos: sulfuro de bario, cloruro sódico, ioduro de sodio, óxido de bario. La energía reticular es directamente proporcional a las cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia internuclear. Atendiendo a esto, podemos decir que altas cargas y pequeño tamaños de los iones originarán uniones muy intensas. Dentro de estos 4 compuestos podemos distinguir 2 parejas: - cada ion tiene carga 1. - cada ion tiene carga 2. Estos últimos tendrán mayor energía reticular que los primeros y puesto que el anión del oxígeno es más pequeño que el del azufre, y en la otra pareja el del cloro es más pequeño que el del iodo, la energía reticular de los compuestos sería: 4. Justifique razonadamente qué tipo de enlace hay que vencer para que: a) El hielo funda: fuerzas por puentes de hidrógeno, pues el hidrógeno está unido a un átomo pequeño y electronegativo y también fuerzas de Van der Waals dipolo-dipolo pues el agua es una molécula covalente polar. b) El cloro molecular se disocie en átomos de cloro: hay que romper un enlace covalente apolar pues pasamos de una molécula a átomos individuales. c) El cloruro sódico se disuelva en agua: Para que el NaCl se disuelva en agua tenemos que romper enlaces iónicos, pues el cloruro sódico forma enlaces iónicos al estar unidos dos elementos de electronegatividades muy distintas. d) El potasio funda: al ser el potasio un metal alcalino, las fuerzas que hay que romper serían las correspondientes al enlace metálico, atracción entre los cationes y los electrones situados en la nube electrónica. 5. Escriba la estructura de Lewis de las siguientes moléculas e indique la geometría de los átomos marcados en negrita según la teoría de repulsión de pares electrónicos de valencia (considerando como el átomo central de la molécula el átomo en negrita, en el caso de moléculas con 2 átomos en negrita, haga el estudio para los 2 átomos): a) b) c) Tetraédrica (similar ) Triangular plana (similar ) Triangular plana (similar )

7 OPCIÓN B 1. Defina: Regla del octeto: los átomos tienen una capa electrónica externa que puede contener hasta 8 electrones ( ) este octeto de electrones representa una disposición electrónica especialmente estable, por lo que cuando los átomos se unen por medio de enlaces ceden, captan o comparten electrones con el fin de alcanzar esos 8 electrones en su capa más externa, ya que esto supone la máxima estabilidad Banda de conducción: dentro del modelo de bandas aplicable al enlace metálico, la banda de conducción es una combinación de orbitales atómicos vacíos donde los electrones presentes en la banda de valencia pueden saltar y moverse libremente, cuando se le suministre la energía suficiente. Fuerzas de London: Fuerzas intermoleculares originadas en moléculas apolares debidas a la movilidad de la nube electrónica, la cual, puede provocar cierta asimetría eléctrica al desplazarse, lo que conduce a la formación de dipolos instantáneos en ellas. Esto a su vez genera dipolos inducidos en las moléculas cercanas, produciéndose la atracción entre estas moléculas Momento dipolar de enlace: distribución de densidades de carga que se genera en torno a un enlace covalente cuando los átomos que están unidos presentan diferentes electronegatividades. 2. Construya el ciclo de Born-Haber y determine a partir de él la ecuación para calcular la energía reticular del cloruro de magnesio, a partir de sus elementos fundamentales, teniendo en cuenta los siguientes datos: - el cloro es una molécula diatómica gaseosa a temperatura ambiente - el magnesio es un metal sólido a esa temperatura - la energía reticular es la energía que interviene en la reacción química cuando se forma el compuesto a partir de sus iones en estados gaseosos

8 3. Ordene las siguientes moléculas por orden creciente de su momento dipolar: cloruro de boro, agua y sulfuro de hidrógeno. Primeramente necesitamos conocer la geometría de las moléculas: Como el es simétrico, los momentos dipolares de los enlaces se van a anular, por lo que su momento dipolar resultante es cero. Las otras dos presentan la misma geometría, pero como el oxígeno es más electronegativo que el azufre, los momentos dipolares del oxígeno con el hidrógeno serán más intensos que los del azufre con el hidrógeno, por lo tanto: 4. Justifique razonadamente qué tipo enlace químico debe romperse para a) Hervir agua: Enlaces de hidrógeno, porque el agua está formada por hidrógeno unido a oxígeno (un átomo electronegativo y pequeño), por lo que al hervir hay que vencer esta fuerza intermolecular. También, al ser una sustancia de tipo covalente polar, hay que romper fuerzas de Van der Waals tipo dipolo-dipolo. b) Fundir cloruro de sodio: al ser un sólido iónico, es necesario romper enlaces iónicos formados por atracciones electrostáticas generadas entre los cationes y los aniones de la estructura cristalina. c) Fundir hierro: al ser un metal, hay que vencer las fuerzas atractivas propias del enlace metálico, atracciones iones positivos-electrones en la nube electrónica. d) Evaporar nitrógeno líquido: El nitrógeno es un compuesto covalente. Para evaporar nitrógeno líquido hay que separar unas moléculas de de otras, por lo que las fuerzas que hay que vencer son las fuerzas de London. 5. Escriba la estructura de Lewis de las siguientes moléculas e indique la geometría de los átomos marcados en negrita según la teoría de repulsión de pares electrónicos de valencia (considerando como el átomo central de la molécula el átomo en negrita, en el caso de moléculas con 2 átomos en negrita, haga el estudio para los 2 átomos): a) b) c) Ver problema 5 de la opción A.