ENLACE QUIMICO. Química General 2009

Transcripción

1 ENLACE QUIMICO 1.- Prediga la estructura de Lewis de los siguientes compuestos: a.- BF 3 b.- CH 4 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 O 2 y O 3, los peróxidos que contienen los grupos O 2-2, los superóxidos que contienen O 2 -. 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) 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: 5B = 1s 2 2 2p 1 17Cl = 1s 2 2 2p 6 3s 2 3p 6 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 = I = 30 electrones. Ahora procedemos a calcular R: R = R = 24 electrones Por último calculamos: E = E = 6 electrones, que equivalen a 3 enlaces. Por lo que la estructura de Lewis es: Como verás y te preguntaras 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 la capa de valencia, por lo que suelen formar tres enlaces covalentes 22

2 cuando se unen con otros tres átomos. Te aconsejamos que leas que otras limitaciones a la regla del octeto existen. b) Para el de CH 4 El átomo central es el Carbono. Configuración: 6C = 1s 2 2 2p 2 El Carbono contiene 4 electrones en su capa más externa y el Hidrógeno contiene 1 electrón. Ahora calculamos I, R y E. I = I = 16 electrones R = R = 8 electrones E = I R E = 16 8 E = 8 electrones, por lo tanto 4 enlaces La estructura de Lewis es: 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 CO 3-2 El átomo central es el Carbono: Configuración: El átomo central es el Carbono. Configuración: 6C = 1s 2 2 2p 2 8O = 1s 2 2 2p 4 El Carbono contiene 4 electrones en su capa más externa y el Oxígeno contiene 6 electrones. Ahora calculamos I, R y E. I = I = 32 electrones R = R = 24 electrones E = I R E = E = 8 electrones, por lo tanto 4 enlaces La estructura de Lewis es: 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. 23

3 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. 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: 16S = 1s 2 2 2p 6 3s 2 3p 4 8O = 1s 2 2 2p 4 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 = I = 44 electrones R = R = 32 electrones E = I R E = E = 12 electrones, por lo tanto 6 enlaces La estructura de Lewis es: : O : H O S O H : O : 24

4 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) BF 3. b) CH 4. c) NH 3 d) H 2 O 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. a) Primero escribimos la configuración electrónica de los átomos: 5B = 1s 2 2 2p 1 9F = 1s 2 2 2p 5 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 AB 3 sin pares de electrones no compartidos. Hibridación del átomo central: sp 2 Geometría electrónica: Trigonal plana (3 regiones de alta densidad alrededor del átomo central) Geometría molecular: Trigonal plana b) CH 4 6C = 1s 2 2 2p 2 Estructura de Lewis: Hibridación del átomo central sp 3. Es una molécula del tipo AB 4 sin pares de electrones no compartidos en el átomo central. Presenta 4 regiones de alta densidad electrónica, por lo que su geometría electrónica es 25

5 Tetraédrica, lo mismo que su geometría molecular dado que el átomo central no posee pares de electrones sin compartir. c) NH 3 7N = 1s 2 2 2p 3 Estructura de Lewis. Hibridación del átomo central sp 3. Es una molécula del tipo AB 3 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) H 2 O 8O = 1s 2 2 2p 4 Estructura de Lewis Hibridación del átomo central sp 3 Es una molécula del tipo AB 2 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. 26

6 RECORDAR 5.- Basándose en el modelo de orbitales moleculares, calcule el orden de enlace en la molécula de F 2. Justifique su respuesta. 9F = 1s 2 2 2p 5 Distribución electrónica en orbitales moleculares Orbitales atómicos Orbitales moleculares Orbitales atómicos 2σ x * 2 π y * 2π z * 2p 2π y 2π z 2 p 2σ x 2σ* 2σ 1σ* 1s 1σ 1 s 27

7 1σ 2 1σ* 2 2σ 2 2σ* 2 2σ x 2 (2π y 2 2π z 2 ) (2π y * 2 2π z * 2 ) Orden de Enlace = [Nº ē enlace Nº ē antienlace] / 2 = [10 8] / 2 = Basándose en el modelo de orbitales moleculares, calcule el orden de enlace en la molécula de O 2 +. Justifique su respuesta. 8O = 1s 2 2 2p 4 Si fuera la molécula O 2 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 2σ x * 2 π y * 2π z * 2p 2π y 2π z 2 p 2σ x 2σ* 2σ 1σ* 1s 1σ 1 s 1σ 2 1σ* 2 2σ 2 2σ* 2 2σ x 2 (2π y 2 2π z 2 ) (2π y * 1 2π z *) Orden de Enlace = [Nº ē enlace Nº ē antienlace] / 2 = [10 5] / 2 =

8 7.- Quién posee mayor longitud de enlace el N 2 o N 2 +? 7N = 1s 2 2 2p 3 Para N 2 configuramos 14 electrones. Para N 2 + configuramos 13 electrones. Distribución electrónica en orbitales moleculares Orbitales atómicos Orbitales moleculares Orbitales atómicos 2 σ x * 2 π y * 2π z * 2p 2σ x 2 p 2π y 2π z 2σ* 2σ 1σ* 1s 1σ 1 s N N 2 N N 2 = 1σ 2 1σ* 2 2σ 2 2σ* 2 (2π y 2 2π z 2 ) 2σ x 2 Orden de Enlace = [Nº ē enlace Nº ē antienlace] / 2 = [10 4] / 2 = 3 29

9 Orbitales atómicos Orbitales moleculares Orbitales atómicos 2 σ x * 2 π y * 2π z * 2p 2σ x 2 p 2π y 2π z 2σ* 2σ 1σ* 1s 1σ 1 s N N 2 + N N 2 + = 1σ 2 1σ* 2 2σ 2 2σ* 2 (2π y 2 2π z 2 ) 2σ x 1 Orden de Enlace = [Nº ē enlace Nº ē antienlace] / 2 = [9 4] / 2 = 2.5 N 2 + posee un orden de enlace menor que N 2, por lo que su longitud de enlace es mayor. Rta: quien posee mayor longitud de enlace es N