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Estructuras de Lewis e hibridación
Teoría
2019 · Extraordinaria · Suplente
3A
Examen

Dadas las siguientes moléculas: CX2HX4\ce{C2H4}, CX2HX2\ce{C2H2}, CHX4\ce{CH4} y CHX3OH\ce{CH3OH}.

a) Escriba sus estructuras de Lewis.b) Indique la hibridación del átomo de carbono en estas moléculas.c) Justifique cuál de estas moléculas presenta un mayor punto de ebullición.
Enlace químicoHibridación
a) Las estructuras de Lewis para las moléculas son:
CHX4:HHC..HH\ce{CH4}: \quad \quad H \\ \qquad | \\ H - \overset{\text{..}}{C} - H \\ \qquad | \\ \qquad H
CX2HX4:HHHC=CH\ce{C2H4}: \quad \quad H \quad H \\ \qquad | \quad | \\ H - C = C - H
CX2HX2:HCCH\ce{C2H2}: \quad \quad H - C \equiv C - H
CHX3OH:HHCO..HH\ce{CH3OH}: \quad H \\ \qquad | \\ H - C - \overset{\text{..}}{O} - H \\ \qquad | \\ \qquad H
b) La hibridación del átomo de carbono en cada molécula se determina por el número de dominios electrónicos (enlaces simples, dobles, triples o pares de electrones no enlazantes) alrededor de cada carbono.

En CHX4\ce{CH4}, el carbono central forma cuatro enlaces simples con los hidrógenos. Esto implica cuatro dominios electrónicos, por lo que la hibridación es sp3\mathrm{sp^3}.En CX2HX4\ce{C2H4}, cada átomo de carbono está unido a otro carbono mediante un doble enlace y a dos átomos de hidrógeno mediante enlaces simples. Cada carbono tiene un total de tres dominios electrónicos (un doble enlace y dos enlaces simples), lo que resulta en una hibridación sp2\mathrm{sp^2}.En CX2HX2\ce{C2H2}, cada átomo de carbono está unido a otro carbono mediante un triple enlace y a un átomo de hidrógeno mediante un enlace simple. Cada carbono tiene un total de dos dominios electrónicos (un triple enlace y un enlace simple), lo que resulta en una hibridación sp\mathrm{sp}.En CHX3OH\ce{CH3OH}, el átomo de carbono forma tres enlaces simples con átomos de hidrógeno y un enlace simple con el átomo de oxígeno. Esto implica cuatro dominios electrónicos, por lo que la hibridación del carbono es sp3\mathrm{sp^3}.

c) El punto de ebullición de una sustancia está directamente relacionado con la intensidad de las fuerzas intermoleculares que existen entre sus moléculas. Cuanto más fuertes sean estas fuerzas, más energía se requiere para separar las moléculas y mayor será el punto de ebullición.

Las moléculas CHX4\ce{CH4}, CX2HX4\ce{C2H4} y CX2HX2\ce{C2H2} son moléculas apolares o con una polaridad neta muy baja debido a su geometría simétrica. Por lo tanto, las únicas fuerzas intermoleculares presentes en estas moléculas son las fuerzas de dispersión de London (fuerzas de Van der Waals), que son las más débiles.La molécula CHX3OH\ce{CH3OH} (metanol) es una molécula polar. Contiene un grupo hidroxilo (OH\ce{-OH}), lo que permite la formación de puentes de hidrógeno entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno son un tipo de interacción dipolo-dipolo particularmente fuerte. Además de los puentes de hidrógeno, también presenta fuerzas de dispersión de London y fuerzas dipolo-dipolo más débiles.Dado que los puentes de hidrógeno son fuerzas intermoleculares mucho más fuertes que las fuerzas de dispersión de London, la molécula de CHX3OH\ce{CH3OH} requiere significativamente más energía para superar sus atracciones intermoleculares y pasar a la fase gaseosa. Por lo tanto, CHX3OH\ce{CH3OH} presenta el mayor punto de ebullición de las cuatro moléculas mencionadas.