EJERCICIOS DE ENLACE 1. Deduzca, según la teoría de

Química 2º Bachillerato
EJERCICIOS DE ENLACE
1. Deduzca, según la teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de
Valencia, la geometría de las siguientes moléculas e indique la polaridad de las
mismas:
a) Amoniaco. b) Tricloruro de boro. c) Metano.
La teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia indica que los
pares de electrones (enlazantes y no enlazantes) de la capa de valencia del átomo
central se disponen en el espacio de forma que la repulsión electrostática entre las
cargas eléctricas negativas de los mismos sea lo más pequeña posible; es decir, que se
sitúen lo más separados posible. Según sea el número total de pares de electrones en
dicha Capa de Valencia, así será la distribución espacial de los mismos.
a) Amoniaco.
En la molécula de amoníaco el átomo central es el de Nitrógeno y en su capa de
valencia tiene cuatro pares de electrones; de estos, tres son pares de electrones
enlazantes (uno con cada uno de los átomos de hidrógeno) y el cuarto es un par de
electrones no enlazante. Por tanto, la distribución espacial de los pares de electrones es
tetraédrica. Como uno de estos pares de electrones no está enlazado con ningún átomo,
entonces la geometría de la molécula es pirámide trigonal.
Los tres átomos de hidrógeno se encuentran en el mismo plano y el átomo de nitrógeno
está en un punto por encima del centro de dicho triangulo formando una pirámide de
base triangular. El ángulo de enlace H-N-H es de 107,8 º, ligeramente menor que el
ángulo del tetraedro, ya que la repulsión entre ParEnlazante-ParNoEnlazante es mayor
que entre ParEnlazante-ParEnlazante y por esto el ángulo se cierra un poquito.
La electronegatividad es mayor en el nitrógeno, y por tanto, la capacidad de este átomo
para atraer hacia él los electrones enlazantes es mayor que en el caso del hidrógeno. La
geometría de la molécula no anula la desigualdad de cargas eléctricas en la misma. El
amoniaco es por tanto, una molécula polar.
b) Tricloruro de boro.
En la molécula de tricloruro de boro el átomo central es el de Boro y en su capa de
valencia tiene tres pares de electrones; los tres son pares de electrones enlazantes (uno
con cada uno de los átomos de cloro). Por tanto, la distribución espacial de los pares de
electrones es triangular plana. Como no hay ningún par de electrones no enlazante,
entonces la geometría de la molécula es triangular plana.
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El ángulo de enlace es de 120 º y todos los átomos están situados en el mismo plano
estando el de Boro en el centro de un triángulo equilátero y los de cloro en los tres
vértices.
La molécula de tricloruro de boro es apolar, ya que, aunque los 3 enlaces entre el boro
y los átomos de cloro son polares, la geometría de la molécula anula la diferencia de
cargas eléctricas en la misma.
c) Metano.
En la molécula de metano el átomo central es el de Carbono y en su capa de valencia
tiene cuatro pares de electrones; los cuatro son pares de electrones enlazantes (uno con
cada uno de los átomos de hidrógeno). Por tanto, la distribución espacial de los pares
de electrones es tetraédrica. Como no hay ningún par de electrones no enlazante,
entonces la geometría de la molécula es tetraédrica.
Los cuatro átomos de hidrógeno se encuentran en los vértices de un tetraedro y el
átomo de carbono se encuentra en el centro. La distribución es muy simétrica y los
ángulos de enlace H-C-H son de 109º (ángulo del tetraedro regular).
2. Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Algunas moléculas covalentes son polares.
b) Los compuestos iónicos, cuando están fundidos o en disolución, son buenos
conductores de la electricidad.
c) El agua tiene el punto de ebullición más elevado que el resto de los hidruros de
los elementos del grupo 16.
a) Algunas moléculas covalentes son polares.
Esto es cierto; por ejemplo, el agua es una molécula covalente y es polar porque los
enlaces dos O-H son polares y estan colocados en el espacio de forma que no se
contrarrestan entre sí sino que dan lugar a un momento dipolar total para la molécula
distinto de cero. Así, la molécula es polar es decir tiene una distribución de cargas que
no es simétrica y hay una zona positiva y una zona opuesta negativa.
b) Los compuestos iónicos, cuando están fundidos o en disolución, son buenos
conductores de la electricidad.
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Esto es cierto porque los compuestos iónicos, fundidos o en disolución, presentan
iones positivos y negativos que puede moverse libremente y esto es lo que hace que
sean conductores de la electricidad.
c) El agua tiene el punto de ebullición más elevado que el resto de los hidruros de
los elementos del grupo 16.
Esto es cierto, y es así porque entre las moléculas de agua se da un enlace de hidrógeno
que no se puede dar en el resto de hidruros del grupo 16. El enlace de hidrógeno entre
las moléculas de agua hace que sea más difícil separar estas moléculas cuando están en
estado líquido para pasar a estado gaseoso lo que viene dado por un mayor punto de
ebullición. En el resto de hidruros del grupo 16 este enlace no es posible porque los
átomos de S, Se, Te son de mayor tamaño que el átomo de O y las moléculas no
pueden aproximarse lo sufienciente como para que se pueda producir este tipo de
unión o enlace especial entre el O y el H (de otra molécula).
3. Indique, razonadamente, cuántos enlaces π y cuántos σ tienen las siguientes
moléculas:
a) Hidrógeno. b) Nitrógeno. c) Oxígeno.
Un enlace σ es aquel en el que el solapamiento de los orbitales atómicos que se unen se
produce en la misma dirección que une los centros de los átomos que se enlazan. Por el
contrario, en un enlace π las zonas de los orbitales atómicos que se solapan se
encuentran por encima y por debajo (o delante y detrás) de la línea que une los centros
de los átomos.
Por esto, un enlace sencillo será siempre un enlace de tipo σ; un enlace doble está
formado por un enlace σ y un enlace π; por último, un enlace triple contiene un enlace
de tipo σ y dos enlaces de tipo π.
a) hidrógeno: H-H, un enlace sencillo, un enlace σ
b) nitrógeno: N tripleenlace N, un enlace triple, un enlace σ y dos enlaces π
c) oxígeno: O=O, un enlace doble, un enlace σ y un enlace π
4. Indique qué tipo de enlace hay que romper para:
a) Fundir cloruro de sodio. b) Vaporizar agua. c) Vaporizar n-hexano.
a) Fundir cloruro de sodio.
El cloruro de sodio es una sustancia sólida (en condiciones estándar) iónica y por tanto
está constituida por una red cristalina en la que se unen por fuerzas eléctricas los iones
positivos Na+ y los iones negativos Cl- Para fundir esta sustancia (paso de sólido a
líquido) hay que romper estos enlaces entre iones que denominados enlace iónico.
b) Vaporizar agua.
El agua líquida es una sustancia formada por moléculas H2O que se encuentran unidas
entre sí mediante enlace de hidrógeno, se trata de un enlace entre el hidrógeno de una
molécula y el oxígeno de una molécula contigua, es decir es un enlace intermolecular.
Para vaporizar agua (pasar de líquido a gas) hay que romper estos enlaces de
hidrógeno (enlaces intermoleculares.
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c) Vaporizar n-hexano.
El n-hexano es una sustancia líquida (en condiciones estándar) que está formada por
moléculas C6H12 que se unen entre sí mediante enlace intermolecular denominado
"fuerzas de Van der Walls"; este es el enlace que hay que romper para vaporizar (pasar
de líquido a gas) esta sustancia.
5. Para las moléculas de tetracloruro de carbono y agua:
a) Prediga su geometría mediante la teoría de Repulsión de Pares de Electrones
de la Capa de Valencia.
b) Indique la hibridación del átomo central.
c) Justifique si esas moléculas son polares o apolares.
La teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia indica que los
pares de electrones (enlazantes y no enlazantes) de la capa de valencia del átomo
central se disponen en el espacio de forma que la repulsión electrostática entre las
cargas eléctricas negativas de los mismos sea lo más pequeña posible; es decir, que se
sitúen lo más separados posible. Según sea el número total de pares de electrones en
dicha Capa de Valencia, así será la distribución espacial de los mismos.
TETRACLORURO DE CARBONO
a) Prediga su geometría mediante la teoría de Repulsión de Pares de Electrones
de la Capa de Valencia.
En la molécula de CCl4 el átomo central es el de Carbono y en su capa de valencia
tiene cuatro pares de electrones; los cuatro son pares de electrones enlazantes (uno con
cada uno de los átomos de cloro). Por tanto, la distribución espacial de los pares de
electrones es tetraédrica. Como no hay ningún par de electrones no enlazante, entonces
la geometría de la molécula es tetraédrica y coincide con la distribución espacial de
los pares de electrones.
Los cuatro átomos de cloro se encuentran en los vértices de un tetraedro y el átomo de
carbono se encuentra en el centro. La distribución es muy simétrica y los ángulos de
enlace Cl-C-Cl son de 109º (ángulo del tetraedro regular).
b) Indique la hibridación del átomo central.
Para poder justificar el ángulo de enlace de 109º correspondiente a un tetraedro en esta
sustancia, hay que recurrir al modelo de hibridación de orbitales atómicos en el átomo
central. En este caso, los tres orbitales p y el orbital s del nivel 2 del átomo de carbono
se hibridan entre sí para dar lugar a cuatro orbitales híbridos denominados sp3 que
se encuentran dirigidos, espacialmente, hacia los vértices de un tetraedro estando el
núcleo del átomo de carbono en el centro de esta figura.
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c) Justifique si esas moléculas son polares o apolares.
El enlace Cl-C es polar, con la parte negativa en el cloro y la parte positiva en el
carbono; sin embargo, debido a la simetría de la distribución espacial de los cuatro
enlaces polares Cl-C, el resultado final o el valor total del momento dipolar de la
molécula es cero ya que se anulan entre sí o contrarrestan dichos momentos
dipolares. La molécula es por tanto APOLAR, no presenta dipolo eléctrico.
AGUA
a) Prediga su geometría mediante la teoría de Repulsión de Pares de Electrones
de la Capa de Valencia.
En la molécula de H2O el átomo central es el de oxígeno y en su capa de valencia
tiene cuatro pares de electrones; de estos cuatro pares, dos son pares de electrones
enlazantes (uno con cada uno de los átomos de hidrógeno) y otros dos son no
enlazantes (pares de electrones libres). Por tanto, la distribución espacial de los pares
de electrones es tetraédrica. Como hay dos pares de electrones no enlazantes y dos
enlazantes, entonces la geometría de la molécula es angular.
Los dos átomos de hidrógeno se encuentran en los vértices de un tetraedro y el átomo
de oxígeno se encuentra en el centro. En los otros dos vértices del tetraedro se
encuentran los dos pares de electrones no enlazantes. Por eso, aunque la distribución
electrónica es tetraédrica, la geometría de la molécula es angular.
El ángulo de 104º, ligeramente menor que el que corresponde a un tetraedro 109º, se
debe a que la repulsión entre los dos PNE es un poquito mayor que la repulsión entre
PE-PNE y el ángulo entre los pares de electrones no enlazantes se abre mientras que el
ángulo de enlace H-O-H se cierra un poquito.
b) Indique la hibridación del átomo central.
Para poder justificar el ángulo de enlace de 104º (ligeramente inferior al
correspondiente a un tetraedro) en esta sustancia, hay que recurrir al modelo de
hibricación de orbitales atómicos en el átomo central. En este caso, los tres orbitales p
y el orbital s del nivel 2 del átomo de oxígeno se hibridan entre sí para dar lugar
a cuatro orbitales híbridos denominados sp3 que se encuentran dirigidos,
espacialmente, hacia los vértices de un tetraedro estando el núcleo del átomo de
carbono en el centro de esta figura. Dos de estos orbitales se utilizan para enlazar con
los átomos de hidrógeno y los otros dos se utilizan para alojar a los pares de electrones
no enlazantes.
c) Justifique si esas moléculas son polares o apolares.
El enlace H-O es polar, con la parte negativa en el oxígeno y la parte positiva en el
hidrógeno; la molécula de agua presenta dos enlaces polares H-O de forma que la
suma del momento dipolar de estos enlaces es distinta de cero ya que formará entre sí
un ángulo determinado. Por tanto la molécula de agua es POLAR, es decir tiene un
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momento dipolar total distinto de cero y por tanto tiene la carga eléctrica distribuida de
forma no simétrica, tiene una zona con carga negativa (la zona del oxígeno) y una zona
con carga positiva (la zona del hidrógeno).
6. Dadas las moléculas de BF3 y H2O:
a) Determine la geometría de cada una mediante la teoría de Repulsión de Pares
de Electrones de la Capa de Valencia.
La TRPECV explica la distribución de los electrones en el espacio de manera que haya
una menor repulsión entre los electrones de valencia.
BF3
Su distribución electrónica será triangular plana y la geometría será la misma,
triangular plana, de manera que forman un triángulo equilátero en el que el boro estaría
en medio y los vértices serían los tres átomos de flúor. El ángulo de enlace sería de
120º. Esto es debido a que el boro tiene tres electrones en su capa de valencia y el flúor
tiene siete. De esta forma, tres átomos de flúor se enlazan con un átomo de boro(cada
electrón de valencia del boro con un flúor) por lo que los electrones de valencia del
boro están enlazados. Al estar todos enlazados, la distribución de los electrones en el
espacio en la que se produce una menor repulsión de electrones de valencia es la
triangular plana. La geometría molecular deriva de ésta y como no hay ningún electrón
de valencia del boro sin enlazar pues dicha geometría coincide con la distribución
electrónica.
H2 O
Su distribución electrónica en el espacio será tetraédrica y su geometría molecular será
angular, formando un triángulo en el que un vértice es el oxígeno y los otros dos
vértices son cada uno de los hidrógenos. Esto es debido a que el oxígeno tiene seis
electrones en su capa de valencia y el hidrógeno tiene uno. Dos átomos de hidrógeno
se enlazan con el oxígeno. El oxígeno posee dos pares de electrones compartidos (uno
con cada átomo de hidrógeno) y otros dos pares de electrones sin enlazar, por lo que la
distribución de los electrones en el espacio en la que se produce una menor repulsión
entre los electrones de valencia es la tetraédrica. La geometría de la molécula deriva de
la distribución electrónica y como hay dos pares de electrones de valencia del oxígeno
sin enlazar, dicha geometría es angular. El ángulo de enlace es de 104,5º ya que se
produce una mayor repulsión entre los electrones no enlazados que los enlazados y
hace que el ángulo se contraiga.
b) Razone si los enlaces son polares.
H2O: El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, por tanto aparece un dipolo
por cada enlace H-O. Estos enlaces no están situados en línea recta, sino que forman
un ángulo, concretamente de 104,5 grados, por lo que ambos dipolos no se compensan
y el agua presenta un momento dipolar.
BF3: En este caso, nos encontramos con tres dipolos correspondientes a los 3 enlaces
B-F. Dado que la molécula es triangular el vector momento dipolar resultante es nulo,
esto hace que la molécula sea apolar.
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c) Justifique si las moléculas son polares.
El BF3 es una molécula apolar. No tiene ningún momento dipolar debido a que los
vectores que representan el momento dipolar de cada enlace son iguales y hacia fuera
(hacia el F).
La molécula de H2O es polar debido a que el átomo de oxigeno se une con dos de
hidrogeno por enlaces polares. Como el átomo de oxigeno es mas electronegativo que
los de hidrógeno en el lado del oxigeno se sitúa la zona negativa en el lado de los
hidrógenos la positiva. Al tener la molécula una geometría angular, los vectores que
representan el momento bipolar no se anulan por lo que el momento dipolar es
distinto de 0.
7. Explique:
a) Por qué el cloruro de hidrógeno disuelto en agua conduce la corriente
eléctrica.
Porque se trata de dos elementos que tienen una diferenciada electronegatividad, los
electrones compartidos estarán más atraídos por el átomo de cloro, que es el más
electronegativo. Dando como resultado un predominio de carga negativa sobre este, y
un predominio de carga positiva sobre el menos electronegativo, en este caso el
hidrógeno. Se dice entonces que el enlace tiene un cierto carácter iónico, lo que da
lugar a que disuelto en agua , la sustancia se disocia, y estas "cargas" se encuentren en
movimiento, lo necesario para conducir la electricidad.
b) La poca reactividad de los gases nobles.
Por la teoría de Lewis todos los elementos buscan ser estables completando a ocho
electrones en el último nivel, por tanto buscan otros átomos con los que enlazarse. Los
gases nobles ya tienen los ocho electrones en su última capa. Son los más estables de la
tabla periódica y por tanto tienden a reaccionar difícilmente con otros elementos.
La excepción es el helio ya que tiene solo dos electrones.
Hablamos de baja reactividad porque realmente si participan en algunas reacciones
químicas.
El xenón por ejemplo reacciona espontáneamente con el flúor y a partir de los
compuestos resultantes se han alcanzado otros.
8. Explica todo lo que sepas de la molécula de dicloruro de berilio
La TRPECV explica a partir de las repulsiones culombianas entre cargas del mismo
signo, cómo los distintos átomos de una molécula o de un ion poliatómico se
distribuyen en el espacio. Según ella, todos los electrones que se encuentran alrededor
del átomo central, se distribuyen alrededor del átomo central hasta alcanzar la máxima
separación entre ellos; así, las repulsiones se minimizan, y se obtiene una distribución
con menor contenido energético. Según esta teoría, el cloruro de berilio presenta una
distribución electrónica lineal y, la misma geometría y posee un ángulo de enlace de
180º. Presenta dos pares de electrones enlazantes y en cada cloro tres pares de
electrones sin enlazar, es decir seis pares de electrones no enlazantes.
El átomo central, es decir, el berilio, presenta una hibridación del tipo sp, ya que los
datos experimentales indican que el ángulo de enlace Cl-Be-Cl es de 180º, y que las
distancias de enlace Cl-Be son iguales para ambos enlaces, entonces, para justificar
estos resultados, el berilio debe formar dos enlaces covalentes, al promocionar un
electrón desde el subnivel de energía 2s al 2p. Los orbitales 2s y 2p se combinan para
formar dos orbitales híbridos equivalentes.
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El cloruro de berilio es una molécula apolar ya que se anulan los momentos dipolares
de la molécula, la suma de sus vectores es cero.
9. ¿Por qué a temperatura ambiente el agua (H2O) es líquida mientras que el
sulfuro de hidrógeno (H2S), de mayor masa molecular, es gaseoso?
Las dos moléculas son dipolares, siendo el O y el S más electronegativos que el H
atrayendo los electrones. Pero la diferencia está precisamente en la masa del O y del
S. El agua tiene el punto de ebullición tan elevado debido a los puentes de hidrógeno
que se crean entre hidrógenos y átomos muy electronegativos y de pequeño tamaño, es
decir, masa pequeña (F, O y N), estos enlaces son relativamente fuertes. En cambio
las fuerzas intermoleculares entre H2S son del tipo dipolo-dipolo, ya que el azufre es
demasiado grande como para formar enlaces por puentes de hidrógeno. Estos últimos
son más débiles y necesitan menos energía para romperse, así el sulfuro de hidrógeno
tiene un temperatura de ebullición de -61ºC.
10. Supongamos que los sólidos cristalinos CsBr, NaBr y KBr cristalizan con el
mismo tipo de red.
a) Ordénelos de mayor a menor según su energía reticular. Razone la respuesta.
La energía reticular está relacionada con las fuerzas de unión que existen entre las
partículas. Podemos establecer que la energía reticular directamente proporcional al
producto de las cargas de los iones e inversamente proporcional al radio. En definitiva,
la energía de red es mayor cuanto mayor es la carga de los iones de la estructura
cristalina y si tienen la misma carga, cuanto más pequeños son los iones de tamaño.
Como las tres sustancias están formadas por iones que tienen la misma carga, las
diferencias en su energía reticular dependerán del tamaño de los iones. Puesto que el
ion bromuro es común a todas ellas, dependerá exclusivamente del catión. El catión
más grande será el de cesio, seguido del de potasio y por último del de sodio (que tiene
una capa menos que el potasio). Como a mayor distancia, menor energía reticular y por
tanto menor dureza, el orden pedido será:
(NaBr) > dureza (KBr) > dureza (CsBr)
b) Justifique cuál de ellos será menos soluble.
A mayor energía reticular, más difícil es disolverlo, por lo tanto el menos soluble de
todos es el NaBr