B.1
Para cada una de las moléculas y
a) Indique su geometría molecular según la teoría RPECV.b) Indique la hibridación que presenta el átomo central.c) Justifique su polaridad y escriba el tipo de fuerzas intermoleculares que presenta.d) Razone cuál de ellas es más soluble en agua.a) Para la molécula de , el átomo central de fósforo (grupo 15) posee la configuración electrónica de valencia , contando con 5 electrones en su capa externa. Al formar enlaces con tres átomos de flúor, el fósforo comparte 3 electrones (formando 3 pares de enlace) y mantiene un par de electrones no enlazantes (par solitario). Según la teoría RPECV, esta disposición de 4 pares de electrones corresponde a una molécula de tipo , lo que resulta en una geometría electrónica tetraédrica y una geometría molecular piramidal trigonal. Para el , el átomo de boro (grupo 13) tiene una configuración de valencia , con 3 electrones externos. Al unirse a tres átomos de cloro, utiliza sus 3 electrones para formar 3 pares de enlace y no presenta pares solitarios. Se clasifica como una molécula de tipo , lo que determina una geometría molecular trigonal plana.b) En la molécula de , el átomo de fósforo presenta cuatro regiones de densidad electrónica (tres pares enlazantes y un par solitario) que se orientan hacia los vértices de un tetraedro; por tanto, el átomo central presenta una hibridación . En la molécula de , el átomo de boro presenta únicamente tres regiones de densidad electrónica (tres pares enlazantes) dirigidas hacia los vértices de un triángulo equilátero, por lo que su átomo central presenta una hibridación .c) La molécula de es polar. Debido a su geometría piramidal trigonal, los momentos dipolares de los enlaces (donde el flúor es más electronegativo) no se anulan por simetría, resultando en un momento dipolar total neto distinto de cero (). Sus fuerzas intermoleculares son las fuerzas de dispersión de London y las interacciones dipolo-dipolo. El es una molécula apolar. Al poseer una geometría trigonal plana simétrica, los tres momentos dipolares de los enlaces se anulan vectorialmente (). Sus únicas fuerzas intermoleculares son las fuerzas de dispersión de London.d) La molécula de es más soluble en agua que el . El agua es un disolvente polar y, siguiendo el principio de que las sustancias con polaridades similares son miscibles entre sí, la naturaleza polar del permite el establecimiento de interacciones dipolo-dipolo con las moléculas de agua. El , al ser una molécula apolar, no presenta afinidad electrostática con el dipolo del agua, lo que limita significativamente su solubilidad en este medio.
B.1
Considere las moléculas: y , y responda a las siguientes cuestiones:
a) Represente sus estructuras de Lewis e indique cuántos pares de electrones no enlazantes tiene el átomo central.b) Indique y represente sus geometrías moleculares de acuerdo con la teoría RPECV, y escriba la hibridación del átomo central.c) Justifique la polaridad de cada una.a) Para la molécula de , el átomo central es el fósforo (), cuya configuración electrónica de valencia es ( electrones). Los átomos de flúor () tienen ( electrones). El número total de electrones de valencia es . En la estructura de Lewis, el se sitúa en el centro unido por enlaces sencillos a tres átomos de . Para completar el octeto, el átomo central de fósforo posee un par de electrones no enlazantes, mientras que cada flúor posee tres pares solitarios.a) continuación: Para la molécula de , el átomo central es el carbono (, electrones de valencia), unido al oxígeno (, electrones) y al azufre (, electrones). El total de electrones es . En la estructura de Lewis, el carbono forma un doble enlace con el oxígeno y un doble enlace con el azufre para que todos los átomos cumplan la regla del octeto. El átomo central de carbono tiene cero pares de electrones no enlazantes.b) Según la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia (RPECV), la geometría de responde al tipo , donde 'A' es el fósforo, 'B' son los tres pares de enlace con el flúor y 'E' es el par solitario. La disposición de los cuatro pares de electrones es tetraédrica, pero la geometría molecular es piramidal trigonal. El átomo central presenta una hibridación para albergar los cuatro dominios electrónicos.b) continuación: En el , el átomo central de carbono tiene dos nubes electrónicas (dos enlaces dobles) y ningún par solitario, correspondiendo a una notación . Según la RPECV, para minimizar las repulsiones, los dominios se sitúan en sentidos opuestos. La geometría molecular es lineal y el átomo central presenta una hibridación .c) En la molécula de , los enlaces son polares debido a la mayor electronegatividad del flúor frente al fósforo (), generando momentos dipolares de enlace dirigidos hacia el flúor. Al tener una geometría piramidal trigonal (asimétrica), la suma vectorial de los momentos dipolares es distinta de cero (). Por tanto, la molécula es polar.c) continuación: En la molécula de , los enlaces y son polares. Aunque la geometría es lineal, los átomos en los extremos son diferentes y poseen distintas electronegatividades (). Esto implica que el módulo del momento dipolar del enlace es diferente al del enlace (). Al no anularse vectorialmente, la molécula presenta un momento dipolar resultante distinto de cero () y es polar.
B.1
Para las moléculas: y .
a) Indique y represente la geometría molecular aplicando el método de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (RPECV).b) Indique la hibridación del átomo central.c) Justifique su polaridad.d) Justifique la fuerza intermolecular más importante que presenta cada una de ellas.a) En la molécula de , el átomo central de nitrógeno (A) posee cinco electrones de valencia (). Al formar tres enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno (B) y disponer de un par de electrones no enlazantes (E), su estructura según el método RPECV es del tipo . Los cuatro pares de electrones se sitúan hacia los vértices de un tetraedro para minimizar las repulsiones, lo que da lugar a una geometría molecular piramidal trigonal con ángulos de enlace ligeramente inferiores a debido a la mayor repulsión del par solitario.a) En la molécula de , el átomo central de azufre (A) tiene seis electrones de valencia (). Al unirse a dos átomos de hidrógeno (B) y mantener dos pares de electrones solitarios (E), su estructura es del tipo . La disposición de los pares de electrones es tetraédrica, pero debido a la presencia de los dos pares no enlazantes que ejercen una gran repulsión sobre los pares de enlace, la geometría molecular resultante es angular.b) Para ambas moléculas, el átomo central presenta un número estérico de 4 (suma de pares de enlace y pares solitarios). Para organizar estos cuatro dominios electrónicos en el espacio siguiendo una disposición tetraédrica, el átomo central debe emplear orbitales híbridos equivalentes. Por consiguiente, tanto el nitrógeno en el como el azufre en el presentan una hibridación .c) En el , el nitrógeno es más electronegativo que el hidrógeno, generando momentos dipolares de enlace dirigidos hacia el nitrógeno. Dada su geometría piramidal trigonal, la suma vectorial de estos momentos no es nula (), por lo que la molécula es polar. En el , existe una diferencia de electronegatividad entre el azufre y el hidrógeno que polariza los enlaces. Debido a su geometría angular, los dipolos de enlace no se cancelan vectorialmente (), resultando igualmente en una molécula polar.d) Para el , la fuerza intermolecular más importante es el enlace de hidrógeno. Esta interacción ocurre porque el hidrógeno está unido covalentemente al nitrógeno, un átomo muy pequeño y altamente electronegativo, lo que genera una deficiencia electrónica en el hidrógeno que le permite interactuar fuertemente con los pares solitarios de nitrógenos de moléculas vecinas. En el , aunque la molécula es polar, el azufre tiene una electronegatividad menor y un volumen atómico mayor que el nitrógeno, lo que impide la formación de enlaces de hidrógeno. Por tanto, su fuerza intermolecular más importante es la interacción dipolo-dipolo.
B.1
Para las moléculas: y .
a) Indique y represente la geometría molecular aplicando el método de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (RPECV).b) Indique la hibridación del átomo central.c) Justifique su polaridad.d) Justifique la fuerza intermolecular más importante que presenta cada una de ellas.a) Para el , el átomo central de nitrógeno (: ) posee 5 electrones de valencia. Al formar tres enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno, queda un par de electrones solitario en el átomo central. Según el método RPECV, se clasifica como una molécula de tipo . Los cuatro pares de electrones (3 de enlace y 1 solitario) se dirigen hacia los vértices de un tetraedro para minimizar la repulsión electrónica. Al considerar solo los núcleos atómicos, la geometría molecular resultante es piramidal trigonal, con ángulos ligeramente inferiores a debido a que el par solitario ejerce una mayor repulsión.a) Para el , el átomo central de azufre (: ) cuenta con 6 electrones de valencia. Forma dos enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno y mantiene dos pares de electrones no enlazantes. Según el método RPECV, es una molécula de tipo . Los cuatro pares de electrones se distribuyen en una disposición electrónica tetraédrica. Debido a la presencia de dos pares solitarios que repelen con mayor intensidad a los pares de enlace, la geometría molecular es angular.b) En el , el nitrógeno presenta cuatro dominios de densidad electrónica (3 pares de enlace y 1 par solitario). Para dar cabida a estos dominios en una disposición tetraédrica, el átomo central combina un orbital y tres orbitales , por lo que su hibridación es .b) En el , el azufre también presenta cuatro dominios de densidad electrónica (2 pares de enlace y 2 pares solitarios). Al igual que en el caso anterior, para minimizar las repulsiones en una estructura tetraédrica, el átomo central requiere una hibridación .c) El es una molécula polar. Los enlaces son polares debido a la mayor electronegatividad del nitrógeno respecto al hidrógeno. Dada su geometría piramidal trigonal (), la suma vectorial de los momentos dipolares de los enlaces y del par solitario no es nula (), lo que resulta en un momento dipolar neto.c) El es una molécula polar. Aunque la diferencia de electronegatividad entre el azufre y el hidrógeno es pequeña, los enlaces son polares. Debido a su geometría angular (), los vectores momento dipolar de los enlaces no se cancelan por simetría, resultando en un momento dipolar molecular resultante distinto de cero.d) En el , la fuerza intermolecular más importante es el enlace de hidrógeno. Esta interacción ocurre debido a que el átomo de hidrógeno está unido a un átomo de nitrógeno, el cual es muy electronegativo, pequeño y posee pares de electrones solitarios, permitiendo una atracción dipolo-dipolo especialmente fuerte.d) En el , la fuerza intermolecular más importante es la interacción dipolo-dipolo. A pesar de ser una molécula polar, no puede formar enlaces de hidrógeno porque el azufre no es lo suficientemente electronegativo ni tiene un radio atómico tan pequeño como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor.
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Considere las sustancias y .
a) Indique el tipo de enlace que presenta cada una de ellas.b) Justifique si conducen la corriente eléctrica a temperatura ambiente.c) Escriba las estructuras de Lewis de aquellas que sean covalentes.d) Justifique si cada una de ellas es soluble en agua o no.a) Indique el tipo de enlace que presenta cada una de ellas.d) Justifique si cada una de ellas es soluble en agua o no.
: Presenta enlace covalente no polar (o apolar), ya que los dos átomos de cloro tienen la misma electronegatividad y comparten equitativamente el par de electrones.: Presenta enlace covalente polar, debido a la diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el bromo, lo que genera un dipolo permanente en la molécula.: Presenta enlace metálico, que se explica mediante el modelo del mar de electrones, donde los cationes de hierro ocupan posiciones fijas en una red rodeados por una nube de electrones de valencia deslocalizados.: Presenta enlace iónico, formado por la atracción electrostática entre los cationes y los aniones tras la transferencia de electrones del metal al no metal.
b) Justifique si conducen la corriente eléctrica a temperatura ambiente.y : No conducen la corriente eléctrica. Son sustancias covalentes moleculares cuyas moléculas son neutras y sus electrones están localizados, por lo que no hay portadores de carga libres.: Es un excelente conductor de la corriente eléctrica debido a la movilidad de sus electrones de valencia deslocalizados en la red metálica.: No conduce la corriente eléctrica en estado sólido (a temperatura ambiente) porque los iones están fijados en sus posiciones de la red cristalina y no pueden desplazarse. Solo conduciría en estado fundido o en disolución acuosa.
c) Escriba las estructuras de Lewis de aquellas que sean covalentes.Para la molécula de , cada átomo de cloro tiene 7 electrones de valencia y comparten un par para completar el octeto:
Para la molécula de , el hidrógeno tiene 1 electrón de valencia y el bromo 7. Comparten un par de electrones para que el H alcance la configuración de gas noble (2 electrones) y el Br complete su octeto:
: Es prácticamente insoluble en agua. Al ser una molécula no polar, no puede establecer interacciones atractivas fuertes con las moléculas polares de agua (solo fuerzas de dispersión de London muy débiles).: Es muy soluble en agua. Es una molécula polar que puede establecer interacciones dipolo-dipolo con el agua y, además, se ioniza completamente en ella según la reacción:
: Es insoluble en agua. Los enlaces metálicos son demasiado fuertes para ser rotos por las interacciones con las moléculas de agua.: Es soluble en agua. Al ser un compuesto iónico, las interacciones ion-dipolo entre el agua y los iones de la red compensan la energía reticular, permitiendo la hidratación de los iones y .
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Para las moléculas: y .
a) Indique y represente la geometría molecular aplicando el método de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (RPECV).b) Indique la hibridación del átomo central.c) Justifique su polaridad.d) Justifique la fuerza intermolecular más importante que presenta cada una de ellas.