RESOLUCIÓN PRÁCTICO 14

Transcripción

1 RESLUCIÓN PRÁCTIC a) C 2 La configuración electrónica del C es [e]2s 2 2p 2, por lo que presenta 4 e - de valencia La configuración electrónica del es [e]2s 2 2p 4, por lo que presenta 6 e - de valencia C (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) 2 - La estructuras resonantes propuestas cumple la regla del octeto para los oxígenos y el 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 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, AX 2 E 2, entonces la geometría es angular c) Xe 4 La configuración electrónica del Xe es [Kr]5s 2 4d 10 5p 6, por lo que presenta 8 e - de valencia. La configuración electrónica del es [e]2s 2 2p 5, por lo que presenta 7 e - de valencia. Xe (4x7) = 36 e - de valencia ay 36 electrones para distribuir en la estructura, entonces se plantea un enlace sencillo entre el Xe y cada, se completan los octetos para los átomos de y los electrones que restan se colocan sobre el Xe. Si observamos la estructura propuesta, vemos que los 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. acultad de Ciencias, Universidad de la República 1

2 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 (AX 4 E 2 ) 2-1 N Ángulo 1 2 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 Ángulo 2 GPE: Trigonal plana, el N está rodeado por tres grupos de electrones. GM: orma de V o angular. Existe un par de electrones no enlazantes (AX 2 E). 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 < La configuración electrónica del P es [Ne] 3s 2 2p 3, por lo que presenta 5 e - de valencia. La configuración electrónica del es [e] 2s 2 2p 4, por lo que presenta 6 e - de valencia. P (4x6) + 3 = 32 e - de valencia 3- P Tanto la GPE cómo la GM son tetraédricas, por lo tanto sus ángulos serán próximos a acultad de Ciencias, Universidad de la República 2

3 4- Si X 5 presenta una geometría de pirámide de base cuadrada, entonces presenta una fórmula RPECV X 5 E, 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. ay 42 electrones de valencia distribuidos en toda la molécula, de los cuales 7 x 5 electrones son aportados por el. Entonces 42 e 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). X 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 B 3, los electrones de valencia: 3 + (7 x 3) = 24 e - La geometría de esta molécula esta descrita como trigonal plana. La molécula del B 3 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 enlacee sea cero. Para el caso del P 3 se comienza calculando los electrones de valencia y se plantea la estructura de Lewis. Electrones de valencia : 5 + (7 x 3) = 26 e - P P 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 P < ). 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 acultad de Ciencias, Universidad de la República 3

4 6- a) e(g) No hay fuerzas entre las moléculas de e, ya que sólo existen en estado líquido o sólido. En estado gaseoso las moléculas se encuentran infinitamente separadas. b) Br 2 (l) En el caso de Br 2 líquido, el enlace covalente es apolar (enlace covalente 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 (uerzas de London o fuerzas de dispersión) c) Metanol (C 3 (l)) En el caso de C 3 (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 y fuerzas de dispersión de London. Estas dos últimas de menor relevancia que el enlace de hidrógeno. C δ( ) d) Solución acuosa de metanol δ(+) Enlaces de hidrógeno Cuando a la solución de metanol se le añaden las moléculas de agua, se nota que también se producirán enlaces de hidrógeno con la molécula de agua. Dado que el metanol y el agua son ambas moléculas polares también se puede esperar fuerzas dipolo-dipolo y también habrá fuerzas de dispersión de London. Estas dos últimas de menor relevancia que el enlace de hidrógeno. 7- Si 4 es una molécula apolar, la fuerza de atracción principal es la fuerza de dispersión de London, lo cual explica que el punto de fusión sea el más bajo (-185 C) (las fuerzas de dispersión son las más débiles). Las moléculas P 3 y 2 S son moléculas polares, las fuerzas de atracción principales son las dipolo-dipolo. Sin embargo en el caso del 2 S al haber dos grupos de electrones no enlazantes y la geometría de la molécula produce un mayor momento dipolar, en comparación con el P 3, entonces en el P 3 las fuerzas atractivas dipolo-dipolo son menores respecto de las observadas en el 2 S. 8- Ambas moléculas son polares, sin embargo el Br tiene 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). acultad de Ciencias, Universidad de la República 4

5 9- (g), B 3, N 3, C 4, 2 B N C 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, 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 [e] 2s 2 2p 2, por lo que presenta 4 e - de valencia. La configuración electrónica del es [Ne] 3s 2 3p 5, 7 electrones de valencia. C (4x7) = 32 e - de valencia C GPE y GM: Tetraédrica. Ángulos de enlace: órmula N 3 B 3 3 e - valencia (3x7 e - )+(1x5 e - ) = 26e - (3x7 e - )+(1x3 e - ) = 24e - (3x7 e - )+(1x7e - ) = 28e - Estructura de Lewis GPE Tetraédrica Trigonal plana Bipirámide Trigonal GM Pirámide de base triangular Trigonal plana orma de T 3D 12- Para determinar la polaridad de una molécula, se necesita saber qué tipo de geometría molecular presenta. Para el caso del P 3 se comienza calculando los electrones de valencia y se plantea la estructura de Lewis. Electrones de valencia : 5 + (1 x 3) = 8 e - acultad de Ciencias, Universidad de la República 5

6 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 P < ). Lo que genera un momento dipolar neto distinto de cero. Para Si 4, los electrones de valenciaa 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 es simétrica y se cancelan unos con otros. Para el B 3, los electrones de valencia: 3 + (7 x 3) = 24 e - La molécula del B 3 muestra tres enlaces covalentes polares, la molécula no tiene momento dipolar neto en virtud a su simetría. La geometría de esta molécula esta descrita como trigonal plana. Para el 2, los electrones de valencia: 6 + (1 x 2) = 8 e - La geometría de esta molécula esta descrita como angular presentando un ángulo de enlace -- menor a La molécula del 2 muestra dos enlaces covalentes polares, la molécula tiene momento dipolar neto distinto de cero. Para el C 2 4, los electrones de valencia: (4 x2) + (1 x 4) = 12 e - La molécula del C 2 4 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 Si 4, electrones de valencia : 4 + (7x 4) = 32e - La molécula presenta una GPE tetraédrica, con los 4 grupos de electrones enlazantes. Si bien los enlaces -Si son polarizados por la electronegatividad del, la molécula de Si 4 es apolar. La simetría que presenta la misma conduce a una molécula apolar por ser su momento dipolar resultante igual a cero. Para S4, electrones de valencia: 6 + (7 x 4) = 34 e- acultad de Ciencias, Universidad de la República 6

7 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 momento dipolar neto. La molecular es polar. 1 Para el Xe4, electrones de valencia: 8 + (7 x 4) = 36 e- El Xe 4 es un ejemplo de las moléculas tipo AB 4 E 2. 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 pares solitarios serán menores si se encuentran a 180. La molécula de Xe 4 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 se anulan entre sí. 14- aciendo la estructura de Lewis y teoría de RPECV, se observa que la geometría molecular es de pirámide de base cuadrada del tipo AX 5 E, generándose un momento dipolar distinto de 0. El µ tiene el sentido que se muestra a continuación 2 Br Br 15- Ángulo 1 GPE: Tetraédrica, el C está rodeado por cuatro grupos de electrones. GM: Tetraédrica, por lo que el ángulo será de (AX4) 1 2 Según RPECV para la estructura propuesta, la geometría de grupos o pares de electrones (GPE) será tetraédrica, por tener 4 grupos de electrones. Cómo todos los grupos de electrones son enlazantes, entonces la geometría molecular (GM) será también tetraédrica. Ángulo 2 GPE: Trigonal plana, el C está rodeado por tres grupos de electrones. GM: Trigonal (AX3) C C 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 =C y C-C será > Considerando que la suma vectorial de l los µ del enlace S- no es igual, en módulo, el µ S-ele 2 Considerando que el µ del enlace Br- es mayor que el µ Br-electrones no-enlazantes. acultad de Ciencias, Universidad de la República ectrones no-enlazantes. 7

8 16- a) ángulo C-C- = 120 b) ángulo C-C- = 109 c) ángulo =C-C < 120 d) ángulo =C- < 120 e) ángulo N-C- < (-1) S (0) (-1) (-1) S S (-1) (+1) (-1) (-1) (0) (-1) (-1) (0) (0) (0) S (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 es [Ne] 3s2 3p5, por lo que presenta 7 e- de valencia. P (5x7) = 40 e- de valencia P 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) Su geometría molecular es bipiramidal trigonal b) Su geometría molecular es octaédrica c) El ángulo S vale 180 d) El ángulo S vale < 90 e) El orden de enlace es 3 La configuración electrónica del S es [Ne] 3s 2 3p 4, por lo que presenta 6 e- de valencia. La configuración electrónica del es [e] 2s 2 2p 5, por lo que presenta 7 e- de valencia. S (6x7) = 48 e - de valencia acultad de Ciencias, Universidad de la República 8

9 La GPE y la GM es octaédrica, por lo tanto los ángulos de enlace serán de 90º. La opción correcta es b). S 20- a) 2 b) 2 c) oruro de idrogeno d) C 4 e) Peróxido de hidrogeno En los estados sólidos, las moléculas se acomodan en una formación ordenada. El 2, y C 4, son moléculas apolares, las fuerzas intermoleculares que las mantienen juntas en estado sólido son las uerzas 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- 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 2 2 respecto del agua se explica porque el 2 2 es capaz de formar mayor cantidad de enlaces de hidrógeno que la molécula de agua. 22- a) Ión-dipolo b) Dipolo-dipolo c) Enlaces de d) uerzas de van der Waals e) Covalente 23- a) P 3 b) Br c) C 4 d) N 3 e) 2 2 El N 3 y el 2 2 son capaces de formar enlaces de hidrógeno. Por favor no imprima si no es necesario. Cuidar el medioambiente es responsabilidad de TDS. acultad de Ciencias, Universidad de la República 9