Enlace químico PAU- Ejercicios resueltos


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1 Enlace químico PAU- Ejercicios resueltos 2015-Modelo Pregunta A1. Para las sustancias HF, Fe, KF y BF3, justifique: a) El tipo de enlace presente en cada una de ellas. b) Qué sustancia tendrá menor punto de fusión. c) Cuál o cuáles conducen la electricidad en estado sólido, cuál o cuáles la conducen en estado fundido y cuál o cuáles no la conducen en ningún caso. d) La geometría de la molécula BF3, a partir de la hibridación del átomo central. a) HF y BF3 enlace covalente (no metal y no metal), Fe enlace metálico (un único tipo de átomo, metálico) KF enlace iónico (K metal y F no metal). b) La sustancia con el punto de fusión menor será la que tenga las fuerzas de unión entre las unidades estructurales menores, por lo que será el BF3, ya que tiene enlaces covalentes moleculares, y las fuerzas de cohesión entre sus moléculas (que son apolares debido a su geometría) solamente serán fuerzas intermoleculares de dispersión, menores que en el caso del HF (que es una molécula polar) que tendrá fuerzas dipolo permanente-dipolo permanente y además tiene enlace de hidrógeno. c) Fe conducirá en estado sólido y fundido, es un metal y tiene electrones libres portadores de carga. KF no conducirá en estado sólido (los iones están inmóviles en la red critalina y no hay portadores de carga) pero sí fundido (los iones en estado sólido son móviles). Los compuestos covalentes no conducirán ni en estado sólido ni fundido: los electrones están localizados en los enlaces de la molécula y no hay portadores de carga libes. d) La molécula BF3 tiene hibridación sp 2 en el átomo central (B), ya que se forman tres orbitales híbridos que forman un enlace σ con cada átomo de Flúor, y queda un orbital p sin hibridar y sin estar ocupado por electrones (el B no consigue el octeto) 2014-Junio Pregunta A1. Considere los elementos de números atómicos 3 y 18: c) Justifique qué tipo de enlace presentaría el posible compuesto formado por estos dos elementos. d) Justifique qué tipo de enlace presentaría el compuesto formado por los elementos con Z= 3 y Z=17. c) No se formará compuesto ya que el elemento Z=18 es Argón, un gas noble Nota: existen algunos compuestos de gases nobles, pero combinados con elementos muy electronegativos como el Flúor. d) Z=17 es Cloro (no metal) y Z=3 corresponde al Litio (metal). El compuesto será iónico. El litio cede un electrón y forma un catión Li + y el cloro capta ese electrón formando un anión cloruro Cl - El compuesto formado sería un cristal iónico, LiCl, en el que se combinarían esos iones. 1

2 2014-Junio Pregunta A2. Con los datos recogidos en la tabla adjunta, conteste razonadamente a las siguientes preguntas: a) Por qué la temperatura de ebullición normal del HF es mayor que la del HCl? b) Por qué la temperatura de ebullición normal del H 2 O es mayor que la del Cl 2? c) Por qué la temperatura de ebullición normal del HCl es menor que la del Cl 2? d) Cuál de las sustancias de la tabla presentará mayor punto de fusión? Sustancia H2O HF HCI Cl2 Teb (ºC) a) El HF tiene mayor temperatura de ebullición que el HCl ya que las fuerzas intermoleculares son mayores al presentar enlace por puente de hidrógeno, que no está presente en HCl, que tiene fuerzas intermoleculares asociadas a ser una molécula polar. (Misma pregunta que 2013-Septiembre-B1-d) b) El H 2 O tiene mayor temperatura de ebullición que el Cl 2 ya que las fuerzas intermoleculares son mayores al presentar enlace por puente de hidrógeno, que no está presente en Cl 2, que tiene fuerzas intermoleculares asociadas a ser una molécula apolar. c) El HCl es una molécula polar, mientras el Cl 2 es una molécula apolar, por lo que dado que a priori las fuerzas intermoleculares de tipo dipolo permanente-permanente serían más importantes que las de tipo dipolo instantáneo-inducido (dispersión), y el HCl tendría una temperatura de ebullición mayor. Sin embargo la nube electrónica del Cl 2 es mucho mayor que la de HCl lo que viendo los valores supone que son más importantes las fuerzas de dispersión en este caso y tiene mayor temperatura de ebullición el Cl 2. d) El mayor punto de fusión será el del H 2 O, ya que tiene las fuerzas intermoleculares más intensas (puente de hidrógeno). Entre HF y H 2 O, hay mayor posibilidad de puentes de hidrógeno. Ambas son polares, pero dado que el agua tiene mayor masa molecular, las fuerzas de dispersión serán mayores (las fuerzas predominantes, si existen, son las de puente de hidrógeno) Modelo Pregunta B1. Los átomos X, Y y Z corresponden a los tres primeros elementos consecutivos del grupo de los anfígenos. Se sabe que los hidruros que forman estos elementos tienen temperaturas de ebullición de 373, 213 y 232K, respectivamente. a) Explique por qué la temperatura de ebullición del hidruro de X es mucho mayor que la de los otros dos. b) Explique por qué la temperatura de ebullición del hidruro de Y es menor que la del hidruro de Z. c) Justifique la geometría molecular del hidruro del elemento X. a) El elemento X, el primero del grupo de los anfígenos, es el oxígeno, y su hidruro (H 2 O) es el único de los tres en el que hay presentes fuerzas intermoleculares por enlace de hidrógeno, muchos más fuertes que las fuerzas intermoleculares de Van der Waals de los otros dos. Mayores fuerzas intermoleculares implica mayor temperatura de ebullición ya que hay que vencerlas para pasar al estado gaseoso desde el estado líquido. b) Los elementos Y y Z, segundo y tercero del grupo de los anfígenos respectivamente, son azufre y selenio, y sus hidruros son H 2 S y H 2 Se. En ambos casos las fuerzas intermoleculares son de Van der Waals, pero en el Se las fuerzas de dispersión son mayores que en S, al tener mayor número de electrones. c) La geometría molecular del agua es angular. Tiene hibridación sp 3 en el átomo central (O). Dos de los cuatro orbitales híbridos forman un enlace σ con cada átomo de Hidrógeno, y los otros orbitales híbridos quedan ocupados por un par de electrones no compartidos. Mediante el diagrama de Lewis y TRPECV se puede razonar que tiene 4 nubes electrónicas rodeando el átomo de O y se disponen en los vértices de un tetraedro, pero dos de los vértices no forman enlaces, por lo que la geometría es angular. 2

3 2014-Modelo Pregunta B3. Para las siguientes reacciones: 1. CH 3 CH=CH 2 + H 2 CH 3 CH 2 CH 3 2. CH 3 C CH + 2Br 2 CH 3 CBr 2 CHBr 2 3. CH 3 CH 2 CHO + LiAlH 4 CH 3 CH 2 CH 2 OH 4. CH 3 CH 2 CH 2 OH + H 2 SO 4 CH 3 CH=CH 2 + H 2 O b) Indique los cambios de hibridación que tienen lugar en los átomos de carbono en cada reacción. b)1. Cambio de hibridación de sp 2 a sp 3 en los dos carbonos del propano que formaban el doble enlace y pasan a tenerlo simple. 2. Cambio de hibridación de sp a sp 3 en los dos carbonos del propino que forman el triple enlace y pasan a tenerlo simple. 3. Cambio de hibridación de sp 2 a sp 3 en el carbono del grupo funcional aldehído que formaba el doble enlace con el oxígeno y pasa a tener cuatro enlaces simples. 4. Cambio de hibridación de sp 3 a sp 2 en los dos carbonos que tenían sus cuatro enlaces simples y pasan a formar un enlace doble entre ellos Septiembre Pregunta B1. Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Una molécula que contenga enlaces polares necesariamente es polar. b) Un orbital híbrido s 2 p 2 se obtiene por combinación de dos orbitales s y dos orbitales p. c) Los compuestos iónicos en disolución acuosa son conductores de la electricidad. d) La temperatura de ebullición del HCl es superior a la del HF. a) Falso. Aunque una molécula contenga enlaces polares la geometría de la molécula puede hacer que se cancelen y la molécula sea apolar, por ejemplo en CCl 4. b) Falso. No existe la hibridación s 2 p 2, ya que suelen ser combinaciones de orbitales con el mismo número cuántico principal y solamente hay un orbital s. Aunque teóricamente se plantease la hibridación de dos orbitales s (que serían de dos niveles distintos) y de dos p, también sería falso ya que el número de orbitales híbridos resultantes es igual al número de orbitales de partida, y serían 4. c) Verdadero. Los compuestos iónicos una vez disueltos en agua (la mayor parte son solubles por la atracción de los iones por las moléculas polares del agua, y posterior hidratación) presentan portadores de carga libres que son iones. d) Falso. El HF tiene mayor temperatura de ebullición ya que las fuerzas intermoleculares son mayores al presentar enlace por puente de hidrógeno, que no está presente en HCl Junio Pregunta A1. Considere los elementos de números atómicos 9 y 11: d) Justifique qué tipo de enlace presentaría el compuesto formado por estos dos elementos. d) Na (Z=11) es un metal y F (Z=9) es un no metal, por lo que el metal cederá el electrón formando un catión y el no metal lo captará formando un anión, y el enlace será iónico. 3

4 2013-Junio Pregunta B1. Dadas las moléculas HCl, KF, CF4 y CH2Cl2: a) Razone el tipo de enlace presente en cada una de ellas. b) Escriba la estructura de Lewis y justifique la geometría de las moléculas que tienen enlaces covalentes. c) Justifique cuáles de ellas son solubles en agua. a) HCl: enlace covalente: dos elementos electronegativos KF: enlace iónico: son dos elementos con gran diferencia de electronegatividad, metal y no metal. CF4: enlace covalente, dos elementos electronegativos. CH 2 Cl 2 : enlace covalente, C, H y Cl elementos electronegativos. b) Para HCl la geometría será lineal, al ser solamente dos átomos. Para CF 4 y CH 2 Cl 2, utilizando la teoría RPECV el átomo central de carbono en ambos casos está rodeado por cuatro nubes electrónicas asociadas a cuatro enlaces, geometría tetraédrica. En el caso de CF 4 los cuatro átomos son idénticos y será tetraédrica regular, pero en el caso de CH 2 Cl 2 hay dos átomos de H y dos de Cl más voluminosos y el tetraedro tendrá cierta deformación. c) El agua es un disolvente polar y serán solubles KF al ser una sustancia iónica y las sustancias moleculares polares, que son HCl y CH 2 Cl 2. CF 4 es apolar ya que aunque los enlaces C-F son polares la geometría de la molécula hace que se cancelen y sea globalmente apolar Septiembre Pregunta A1. Considere los elementos A (Z = 11), B (Z = 17), C (Z = 12) y D (Z = 10). b) Qué formulación de los siguientes compuestos es posible: B 2 ; A; D 2 ; AB; AC; AD; BC; BD? Nómbrelos. c) Explique el tipo de enlace en los compuestos posibles. d) De los compuestos imposibles del apartado anterior qué modificaría para hacerlos posibles? b) Una vez identificados los elementos A, B, C y D que equivalen respectivamente a Na, Cl, Mg y Ne Descartamos como posibles todas las combinaciones (D2, AD y BD) pues incluyen al Ne (gas noble). El resto de combinaciones posibles serían B 2 (Cl 2 ): Sí es posible. Cloro molecular A (Na): Sí es posible. Sodio metálico AB (NaCl): Sí es posible. Cloruro de sodio AC (NaMg): No es posible pues ambos son metales BC (ClMg): No es correcto. El elemento no metálico se formula a la derecha, y no se combinan en proporción adecuada. c) Cl 2 : enlace covalente, entre dos átomos idénticos no metálicos. Na: enlace metálico, átomos metálicos NaCl: enlace iónico, entre átomos de metal y no metal d) D 2 podría formularse como D (Ne en vez de Ne 2 ) También se podría modificar el compuesto BC (ClMg) para que fuera CB 2 =MgCl 2, cloruro de magnesio Junio Pregunta A1. c) Indique el compuesto formado entre los elementos de Z = 9 y Z = 11. Justifique el tipo de enlace. c) El compuesto será NaF, Fluoruro de sodio, que es un compuesto con enlace iónico, ya que se combinan dos elementos con gran diferencia de electronegatividad, por lo que uno cede un electrón y otro lo capta, estableciéndose un enlace entre iones. 4

5 2013-Modelo Pregunta B1. Sean dos átomos X e Y. Los números cuánticos posibles para el último electrón de cada uno de ellos en su estado fundamental son: X = (4, 0, 0, ±1/2), Y = (3, 1, 0 ó ±1, ±1/2). d) Justifique si X conduce la electricidad en estado sólido. d) X es un metal (grupos 1 ó 2), por lo que en estado sólido tendrá enlace metálico y será conductor Junio Pregunta B1. Considere las sustancias Br 2, HF, Al y KI. 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 HF puede formar enlace de hidrógeno. a) Br 2 : enlace covalente, son dos átomos idénticos no metálicos y electronegativos. HF: enlace covalente: dos elementos electronegativos Al: enlace metálico: es un elemento metálico. KI: enlace iónico: son dos elementos con gran diferencia de electronegatividad, metal y no metal. b) Br 2 no conduce la corriente, ya tiene un enlace covalente no polar y no hay portadores de carga libres. HF no es buen conductor de corriente, pero al ser polar tendrá un mínimo grado de disociación, podrá conducir ligeramente como ocurre con el H2O pura. Al sí conduce la corriente eléctrica a temperatura ambiente, hay muchos electrones libres mar de electrones que hacen de portadores de carga. KI a temperatura ambiente es un sólido no conductor. Sí conduce fundido y en disolución. c) HF:, Br 2 d) Sí, el enlace de hidrógeno se puede formar en moléculas que tienen H unido a átomos muy pequeños y muy electronegativos: N, O y F 2012-Modelo Pregunta 1A. Considere los elementos H, O y F. b) Explique mediante la teoría de hibridación la geometría de las moléculas H 2 O y OF 2. c) Justifique que la molécula de H 2 O es más polar que la molécula de OF 2. d) A qué se debe que la temperatura de ebullición del H 2 O sea mucho mayor que la del OF 2? b) H 2 O: el oxígeno tiene 6 electrones de valencia y presenta dos enlaces, por lo que presenta una hibridación con cuatro orbitales sp 3, con dos de ellos forma enlaces simples con el orbital 1s del H, y en los otros dos tiene pares de electrones no compartidos, por lo que la geometría es angular, con un ángulo algo menor de 109º. OF 2 : el oxígeno tiene 6 electrones de valencia y presenta dos enlaces, por lo que presenta una hibridación con cuatro orbitales sp 3, con dos de ellos forma enlaces simples con un orbital 2p del F, y en los otros dos tiene pares de electrones no compartidos, por lo que la geometría es angular, con un ángulo algo menor de 109º. c)la molécula de H 2 O es más polar que OF 2 ya que la diferencia de electronegatividades entre H y O es mayor que la diferencia de electronegatividades entre O y F. Por esa razón, los enlaces H-O son más polares que los O-F. En ambos casos la geometría es la misma y no se cancelan los momentos dipolares. d) La temperatura de ebullición es mayor en el caso del H 2 O ya que hay mayores fuerzas intermoleculares: por la mayor polaridad y por la existencia de enlaces de hidrógeno. 5

6 2011-Junio Pregunta 1B. Considere las moléculas de HCN, CHCl 3 y Cl 2 O. a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Justifique cuáles son sus ángulos de enlace aproximados. c) Justifique cuál o cuáles son polares. d) Justifique si alguna de ellas puede formar enlaces de hidrógeno. a) HCN CHCl 3 Cl 2 O b) Se podrían añadir las configuraciones electrónicas de cada elemento para validar el número de electrones de valencia y que todos consiguen la configuración electrónica óptima. HCN: Geometría lineal, ángulo H-C-N de 180º CHCl 3 : Geometría tetraédrica, ángulo H-C-Cl de 109º Cl 2 O: Geometría angular, ángulo Cl-O-Cl algo menor de 109º a) Todas ellas son polares, ya que presentan enlaces polares y la geometría no hace que se cancelen y el momento dipolar total sea nulo b) Ninguna de ellas puede formar enlaces de hidrógeno, ya que el H no está unido a átomos muy electronegativos (N, O ó F) Modelo Pregunta 2A. Diga si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones, razonando sus respuestas: b) Los enlaces alrededor del átomo de nitrógeno en el NH4 + presentan geometría tetraédrica que puede justificarse planteando una hibridación sp 3. b) Cierto. Los cuatro orbitales atómicos donde están los cuatro electrones de valencia del N se hibridan para formar cuatro orbitales híbridos sp 3, orientados hacia los vértices de un tetraedro Septiembre-Fase General Cuestión 1A. Considerando el elemento alcalinotérreo del tercer periodo y el segundo elemento del grupo de los halógenos: b) Qué tipo de enlace corresponde a la unión química de estos dos elementos entre sí? Razone su respuesta. c) Indique los nombres y símbolos de ambos elementos y escriba la fórmula del compuesto que forman. c) Enlace iónico, ya que es un metal (alcalinotérreo) y un no metal (halógeno) d) Alcalinotérreo del tercer periodo: Z=12, Magnesio (Mg) Segundo elemento del grupo de los halógenos: Z=17, Cloro (Cl) El compuesto es MgCl2, cloruro de magnesio 6

7 2010-Septiembre-Fase Específica Cuestión 1A. Considere las sustancias: cloruro de potasio, agua, cloro y sodio. a) Indique el tipo de enlace que presenta cada una de ellas. b) Escriba las configuraciones de Lewis de aquellas que sean covalentes. c) Justifique la polaridad del enlace en las moléculas covalentes. d) Justifique la geometría y el momento dipolar de la molécula de agua. a) KCl: enlace iónico, metal (K, alcalino) y no metal (Cl, halógeno) H 2 O: enlace covalente, no metal (H) y no metal (O) Cl 2 : enlace covalente, no metal y no metal (Cl) Na: enlace metálico: metal y metal b) H 2 O Cl 2 c) La polaridad de un enlace es función de la diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman el enlace. A mayor diferencia de electronegatividad, mayor polaridad del enlace. Cl-Cl: enlace apolar por ser los dos átomos iguales. H-O: Enlace polar, el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, el par electrónico compartido se desplaza hacia el oxígeno generando fracciones de carga negativas y positivas sobre el oxígeno y el hidrógeno respectivamente, lo cual genera un momento dipolar entre los átomos y polariza el enlace. d) Geometría angular: El H2O es una molécula angular covalente polar en la que el O (átomo central), forma cuatro orbitales híbridos sp 3 (disposición tetraéd rica, ángulo 109,5º), empleando dos orbitales híbridos para formar enlace σ con los hidrógenos. Los otros dos quedan ocupados por pares de e - no compartidos. Por la teoría de R.P.E.C.V., el átomo central queda rodeado por cuatro nubes electrónicas y se une a dos núcleos. Momento dipolar no nulo. El enlace H O está polarizado y los momentos dipolares que generan los dos enlaces H-O se suman a la localización de carga negativa asociada a los pares de e - no compartidos que tiene el O Junio-Fase General Cuestión 1A. El elemento de número atómico 12 se combina fácilmente con el elemento de número atómico 17. Indique: d) El tipo de enlace y dos propiedades del compuesto formado. d) Tipo de enlace iónico: metal (Mg, alcalinotérreo) y no metal (Cl, halógeno). A temperatura ambiente es un sólido formado por cristales iónicos, es duro, frágil, con temperatura de fusión elevada, soluble en agua y en disolventes polares y conduce la corriente en disolución o fundido pero no la conduce en estado sólido. 7

8 2010-Junio-Coincidentes Cuestión 1A. Considere las moléculas de amoniaco y sulfuro de hidrógeno. a) Escriba sus estructuras de Lewis b) Justifique por qué el ángulo HNH es mayor que el ángulo HSH. c) Justifique cuál o cuáles son polares. d) Justifique cuál de las dos moléculas puede formar enlaces de hidrógeno. a) NH 3 H 2 S b) Analizamos la geometría molecular mediante RPECV: los átomos centrales están rodeados por cuatro nubes electrónicas, de modo que la disposición de nubes electrónicas sería tetraédrica, siendo el ángulo 109,5º. En el caso de NH 3 existen tres enlaces y pares de electrones compartidos, quedando sólo un par de electrones no compartidos, por lo que la repulsión de estos sobre los pares de electrones de los enlaces hace que el ángulo HNH sea algo menor. La estructura es piramidal-trigonal. En el caso de H 2 S existen dos enlaces y pares de electrones compartidos, quedando dos pares de electrones no compartidos, cuya repulsión mutua además de la repulsión sobre los pares de electrones de los enlaces hace menor el ángulo. La estructura es angular. c) Ambas son polares, ya que tanto el nitrógeno como el azufre son más electronegativos que el hidrógeno, y la geometría de las moléculas hace que no se cancelen los momentos dipolares de los enlaces. d) Tan sólo es posible el enlace de hidrógeno en el amoniaco, ya que el hidrógeno está unido a un átomo muy electronegativo y de radio pequeño Junio-Fase Específica Cuestión 1B. Considerando las moléculas H 2 CO (metanal) y Br 2 O (óxido de dibromo): a. Represente su estructura de Lewis. b. Justifique su geometría molecular. c. Razone si cada una de estas moléculas tiene o no momento dipolar. Datos. Números atómicos: C (Z=6), O (Z=8), H (Z=1), Br (Z=35) Br a) H 2 CO: Br 2 O: Br b) H 2 CO (metanal): geometría trigonal plana. 3 orbitales sp 2, dos de los cuales forman enlaces simples con cada hidrógeno, y el otro orbital sp 2 junto con el orbital p no hibridado forma el enlace doble con el oxígeno. Br 2 O (óxido de bromo): geometría angular. 4 orbitales sp 3, dos de los cuales forman enlaces simples con con cada bromo, y los otros dos albergan pares de electrones. c) Ambas moléculas son polares: En H 2 CO el oxígeno es más electronegativo que el carbono, y el momento dipolar no es cancelado. La electronegatividad entre hidrógeno y carbono es muy similar, siendo el carbono ligeramente más electronegativo. En Br 2 O el oxígeno es más electronegativo que el bromo, y por su geometría el momento dipolar no es cancelado sino que se suman los efectos. 8

9 2009-Septiembre Cuestión 1. Considere los elementos A (Z = 12) y B (Z = 17). Conteste razonadamente: d) Qué tipo de enlace que se puede formar entre A y B? Cuál será la fórmula del compuesto resultante? Será soluble en agua? d) Enlace iónico entre metal (Z=12, Mg) y no metal (Z=17, Cl). El compuesto será MgCl 2 y sí será soluble en agua como la gran mayoría de los compuestos iónicos es soluble en agua, debido a que las fuerzas que mantienen unidos los iones en la red son del tipo electrostático, las cuales disminuyen en el agua por ser mayor la permitividad relativa (ε r ) del agua que del aire Modelo Cuestión 2A. Dadas las siguientes sustancias: CO 2, CF 4, H 2 CO y HF: a) Escriba las estructuras de Lewis de sus moléculas. b) Explique sus geometrías por la teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia o por la Teoría de Hibridación. c) Justifique cuáles de estas moléculas tienen momento dipolar distinto de cero. d) Justifique cuáles de estas sustancias presentan enlace de hidrógeno. Datos. Números atómicos (Z): H = 1; C = 6; O = 8; F = 9 a) CO 2 CF 4 H 2 CO HF b) O=C=O Geometría lineal. RPEV: La disposición en la que los dos grupos de electrones alrededor del C tienen menor repulsión es la lineal. Hibridación: el carbono tiene hibridación sp y sus orbitales híbridos sp se orientan formando entre sí un ángulo de 180º. H2CO Geometría trigonal plana. RPEV: El carbono está rodeado de tres grupos de electrones. La disposición en la que éstos tienen menor repulsión es la trigonal plana. Hibridación: En esta molécula el carbono tiene hibridación sp 2 y sus orbitales híbridos sp 2 se orientan formando entre sí un ángulo de 120º. CF4 Geometría tetraédrica. RPEV: El carbono está rodeado de cuatro grupos de electrones. La disposición en la que tienen menor repulsión es la tetraédrica. Hibridación: En esta molécula el carbono tiene hibridación sp3 y sus orbitales híbridos sp3 se orientan formando entre sí un ángulo de 109º. HF Geometría lineal. La única posible en una molécula diatómica. c) Las moléculas H 2 CO y HF son polares. La diferencia de electronegatividad de los átomos crea enlaces polares, cuya resultante no se anula por la geometría de la molécula. Las moléculas CO 2 y CF 4 tienen momento dipolar cero. La geometría de estas moléculas hace que los momentos de enlace existentes se anulen entre sí dando una resultante nula. d) La única sustancia que presenta enlace de hidrógeno es el HF. El hidrógeno está unido a un átomo muy electronegativo, el flúor, y es atraído por el átomo de flúor de otra molécula vecina. 9

10 2008-Septiembre Cuestión 1. A las siguientes especies: X, Y y Z +, les corresponden los números atómicos 17, 18 y 19, respectivamente. d) Qué tipo de enlace presenta ZX? Describa brevemente las características de este enlace. d) Enlace iónico, ya que Z es un metal (alcalino) y X un no metal (halógeno), se trata de KCl. Algunas características del enlace iónico: a temperatura ambiente son sólidos, forman redes cristalinas, son duros pero frágiles, tienen puntos de fusión y ebullición elevados y solo conducen la electricidad fundidos o disueltos Modelo Cuestión 1. Justifique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) Los metales alcalinos no reaccionan con los halógenos. b) Los metales alcalinos reaccionan vigorosamente con el agua. c) Los halógenos reaccionan con la mayoría de los metales, formando sales iónicas. d) La obtención industrial de amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno moleculares es un proceso rápido a temperatura ambiente, aunque no se utilicen catalizadores. a) Falso. Sí reaccionan formando sales iónicas, ya que los alcalinos tienden a formar cationes tras perder un electrón y los halógenos a formar aniones al captarlo. b) Verdadero. Los alcalinos reaccionan violentamente porque ceden el electrón convirtiéndose en cationes (se oxidan) y el hidrógeno capta ese electrón reduciéndose produciendo hidrógeno molecular. Se trata de una reacción redox. Por ejemplo, para el sodio 2Na(s) + 2H 2 O --> 2NaOH(aq) + H 2 (g) c) Verdadero. Los metales tienden a formar cationes tras perder electrones, y los halógenos tienden a formar aniones tras captarlos, y los iones resultantes se atraen formando sales iónicas. combinándose ambas especies cargadas de distinto signo en compuestos iónicos. d) Falsa. A temperatura ambiente es un proceso lento. Para que la reacción sea rápida hace falta añadir un catalizador (hierro, en el proceso Haber). 10

11 2008-Septiembre Cuestión 2. Dadas las siguientes moléculas: CH4, NH3, SH2, BH3. a) Justifique sus geometrías moleculares en función de la hibridación del átomo central. b) Razone qué moléculas serán polares y cuáles apolares. c) De qué tipo serán las fuerzas intermoleculares en el CH4? d) Indique, razonadamente, por qué el NH3 es el compuesto que tiene mayor temperatura de ebullición. a) CH4: Hibridación sp 3 en el átomo central (C). Cada uno de los cuatro orbitales híbridos forma un enlace σ con cada átomo de hidrógeno. Geometría tetraédrica. NH3: Hibridación sp 3 en el átomo central (N). Tres de los cuatro orbitales híbridos forma un enlace σ con cada átomo de Hidrógeno el otro orbital híbrido queda ocupado por un par de electrones no compartidos. Geometría piramidal, ocupando el nitrógeno el vértice de la pirámide. H 2 S: Hibridación sp 3 en el átomo central (S). Dos de los cuatro orbitales híbridos forman un enlace σ con cada átomo de Hidrógeno, y los otros orbitales híbridos quedan ocupados por un par de electrones no compartidos. Geometría angular plana. (Nota: el enunciado original indica como fórmula SH 2, formulación incorrecta según los criterios de IUPAC, ya que el sulfuro de hidrógeno se formula H 2S, el elemento más electronegativo a la derecha. Se incluye un extracto, que incluye precisamente este compuesto como uno de los ejemplos NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY. IUPAC Recommendations 2005 IR Electronegativity. BH 3 : Hibridación sp 2, el átomo de boro se comporta como hipovalente (excepción a la regla del octeto ya que no completa con 8 e - sino solamente con 6 e, quedando un orbital p libre sin hibridar). Cada uno de los tres orbitales híbridos forma un enlace σ con los átomos de hidrógeno. Geometría trigonalplana. b) La polaridad de una molécula depende del momento dipolar de sus enlaces (diferencia de electronegatividad entre los átomos que lo forman), y de la geometría molecular, dado el carácter vectorial de la magnitud que la define. Polares: NH 3 y H 2 S. Los enlaces N H y S H son polares debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos que lo forman, y la geometría molecular no consigue anular los momentos dipolares de los enlaces. Además en estas dos moléculas existen para de electrones no compartido en el átomo central que favorecen su polaridad. Apolares: CH 4 y BH 3. Los enlaces C H están polarizados (χe(c) > χe(h)), pero la geometría molecular compensa unos con otros. Los enlaces B H son muy poco polares (χe(b) χe(h)), y además la geometría compensa los pequeños momento dipolares de los enlaces. c) Por tratarse de una molécula covalente, las fuerzas de interacción entre ellas serán del tipo Van der Waals, por ser apolar serán de dispersión (dipolo instantáneo-dipolo inducido, fuerzas de London). d) Es debido a la formación de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de NH 3. 11

12 2008-Modelo Cuestión 2. Dados los siguientes compuestos: H 2 S, BCl 3 y N 2. a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Deduzca la geometría de cada molécula por el método RPECV o a partir de la hibridación. c) Deduzca cuáles de las moléculas son polares y cuáles no polares. d) Indique razonadamente la especie que tendrá un menor punto de fusión. a) H 2 S:, BCl 3 :, N 2 : b) H 2 S: Geometría angular, ángulos algo menores de 109º RPEV: 2 átomos unidos al átomo central y dos pares de electrones sin compartir, el átomo de S está en el centro de un tetraedro y los átomos de H en dos de los vértices, siendo el ángulo algo menor de 109º por la repulsión de los pares de electrones sin compartir. Hibribación: 4 orbitales sp 3, dos de ellos forman enlace y dos de ellos tiene pares de electrones. BCl 3 : Geometría triangular plana, ángulos de 120º RPEV: tres átomos unidos al átomo central y ningún par sin compartir, el átomo de B está en el centro de un triángulo y los átomos de Cl en los vértices. Hibridación: tres orbitales sp 2 que forman tres enlaces, y un orbital pz libre. N 2 : Geometría lineal. Única geometría posible para enlace diatómico. Un orbital sp c) N 2 es apolar ya que se trata de dos átomos iguales y el enlace es apolar BCl 3 es apolar ya que aunque el enlace B Cl es polar, la geometría triangular hace que se cancelen. H 2 S es polar ya que el enlace H S es polar y la geometría no hace que se cancelen. d) N 2 <BCl 3 <H 2 S N 2 y BCl 3 presentan fuerzas intermoleculares débiles, tipo London (dipolo instantáneo-dipolo inducido). Estas fuerzas son menores para N 2 por ser menor su masa molecular. En el H 2 S las fuerzas intermoleculares son dipolo permanente, que es más fuerte Junio Cuestión 1. Sabiendo que el boro es el primer elemento del grupo trece del Sistema Periódico, conteste razonadamente si las siguientes afinaciones son verdaderas o falsas: c) La configuración electrónica del boro le permite establecer tres enlaces covalente c) Verdadero. El átomo de B, 1s 2 2s 2 2p 1 puede desaparear sus 3 electrones de valencia promocionando un electrón del subnivel 2s al 2p y de esta forma formar tres orbitales híbridos sp 2 de geometría trigonal plana con ángulos de enlace de 120º y un electrón de valencia en cada uno. 12

13 2007-Septiembre Cuestión 1. Dadas las siguientes moléculas: PH 3, H 2 S, CH 3 OH, BeI 2 a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Razone si forman o no enlaces de hidrógeno. c) Deduzca su geometría aplicando la teoría de hibridación. d) Explique si estas moléculas son polares o apolares. a) PH 3 : H 2 S: CH 3 OH: BeI 2 : b) Solamente el metanol presenta enlaces de hidrógeno debido a la alta polaridad del enlace O-H. Para formar enlaces de hidrógeno tiene que estar unido hidrógeno a otro átomo bastante electronegativo y pequeño como N, O ó F. c) PH 3 : Geometría piramidal. 4 orbitales sp 3, tres de ellos forman enlaces y uno de ellos tiene un par de electrones no compartidos. H 2 S: Geometría angular, 4 orbitales sp 3, dos de ellos forman enlaces y los otros dos tienen un par de electrones no compartidos cada uno. CH 3 OH: Molécula tetraédrica y angular. Hibridación sp 3 en el carbono, con un enlace en cada uno de los cuatro orbitales. Hibridación sp 3 en el oxígeno, con dos enlaces en dos de los orbitales y los otros dos tienen pares de electrones no compartidos. BeI 2 : Molécula lineal, hibridación sp, formando un enlace cada orbital sp con el yodo. d) Todas son polares salvo BeI 2, que aunque tiene un enlace polar Be I no tiene momento dipolar total ya que se cancelan al ser simétrica. En el resto de moléculas hay enlaces polares y todas son asimétricas por lo que no se cancelan Modelo Cuestión 2. Dados los siguientes compuestos: NaH, CH4, H2O, CaH2 y HF. Conteste razonadamente: a) Cuáles tienen enlace iónico y cuáles enlace covalente? b) Cuáles de las moléculas covalentes son polares y cuáles no polares? c) Cuáles presentan enlace de hidrógeno? d) Atendiendo únicamente a la diferencia de electronegatividad, cuál presenta la mayor acidez? a) Enlace iónico (metal y no metal): NaH y CaH 2 Enlace covalente (no metal y no metal): CH 4, H 2 O, y HF. b) Todas las moléculas covalentes presentan enlaces polares, salvo en el caso del metano, CH 4, apolar, donde dada su geometría molecular, el momento dipolar no es nulo. c) H 2 O y HF, porque O y F tienen electronegatividad muy alta y tamaño pequeño. d) HF ya que el F es mucho más electronegativo respecto al H que el oxígeno, por lo que atraerá más los electrones del H y liberará más fácilmente el protón H +. 13

14 2006-Septiembre Cuestión 2. Para las siguientes especies: Br2, NaCl, H2O y Fe a) Razone el tipo de enlace presente en cada caso. b) Indique el tipo de interacción que debe romperse al fundir cada compuesto. c) Cuál tendrá un menor punto de fusión? d) Razone qué compuesto/s conducirá/n la corriente en estado sólido, cuál/es lo hará/n en estado fundido y cuál/es no conducirá/n la corriente eléctrica en ningún caso. a) Br 2 : enlace covalente, unión de dos átomos no metales NaCl: enlace iónico, unión de metal y no metal H 2 O: enlace covalente, unión de H y no metal que comparten electrones. Fe: enlace metálico, unión entre átomos de metal. b) Las fuerzas de interacción que deben vencerse para fundir cada compuesto son: Br 2 : fuerzas de dispersión de London (fuerzas intermoleculares de Van der Waals en moléculas apolares, dipolo instantáneo dipolo inducido). (Br 2 es líquido a temperatura ambiente, temperatura de fusión 265,8 K) NaCl: fuerzas electrostáticas que establecen el enlace iónico. (Nota: NaCl sólido a temperatura ambiente, temperatura de fusión 1074 K ) H 2 O: fuerzas del enlace de hidrógeno (puentes de hidrógeno entre moléculas). (Nota: H2O líquido a temperatura ambiente, temperatura de fusión 373 K ) Fe: fuerzas del enlace metálico (Fe sólido a temperatura ambiente, temperatura de fusión 1808 K) c) El Br 2 será el que tenga menor punto de fusión, ya que se trata de moléculas apolares y las fuerzas de interacción intermoleculares a vencer para fundirlo descritas en apartado b serán las menores. d) En estado sólido conducirá Fe. En estado fundido conducirán Fe y NaCl. Br 2 y H 2 O no conducirán la corriente eléctrica Septiembre Cuestión 1. Considere los compuestos BaO; HBr, MgF2 y CCl4 a) Indique su nombre. b) Razone el tipo de enlace que posee cada uno. c) Explique la geometría de la molécula CCl4. d) Justifique la solubilidad en agua de los compuestos que tienen enlace covalente. a) BaO: Óxido de bario. HBr: Bromuro de hidrógeno. MgF 2 : Flururo de magnesio CCl 4 : Tetracloruro de carbono b) BaO y MgF 2 : enlace iónico, unión de metal y no metal HBr: enlace covalente: H y no metal. CCl 4 : enlace covalente: no metales. c) RPEV: El C posee 4 electrones en la capa de valencia por lo que necesita cuatro direcciones para formar los 4 enlaces con los átomos de Cl (cuatro pares de electrones), por lo que el CCl 4 tiene geometría tetraédrica. Hibridación: El C presenta hibridación sp 3 y su geometría es tetraédrica. d) HBr será soluble en agua por tener un enlace covalente polar. CCl 4 será insoluble en agua por ser una molécula apolar por su geometría, a pesar de tener enlaces covalentes polares. 14

15 2005-Junio Cuestión 1. Dadas las siguientes moléculas: BeCl2, Cl2CO, NH3 y CH4. a) Escriba las estructuras de Lewis. b) Determine sus geometrías (puede emplear la Teoría de Repulsión de Pares Electrónicos o de Hibridación). c) Razone si alguna de las moléculas puede formar enlaces de hidrógeno. d) Justifique si las moléculas BeCl2 y NH3 son polares o no polares. Datos.- Números atómicos (Z): Be =4, Cl=17, C=6, O=8, N=7, H=1 a) BeCl 2 :, Cl 2 CO:, NH 3 :, CH 4 : b) BeCl 2 : Geometría lineal RPEV: La disposición más alejada de los dos grupos de electrones en el Be que es la lineal es la que produce menor repulsión. Hibridación: 2 orbitales híbridos sp, cada uno forma un enlace con un Cl Cl 2 CO: Geometría trigonal plana. RPEV: El carbono forma tres enlaces, dos enlaces simples con Cl y uno doble con el oxígeno,.y tiene tres grupos de electrones que lo rodean. La geometría molecular para tres grupos de electrones es la trigonal plana Hibridación: tres orbitales híbridos sp 2, dos de ellos forman enlaces simples con Cl, y otro forma, junto con el orbital pz, un enlace doble con el O. NH 3 : Geometría piramidal-trigonal RPEV: El N tiene cuatro grupos de electrones que lo rodean, que son los tres enlaces y un par de electrones no compartido. La repulsión entre estos cuatro grupos hace que se alejen lo máximo entre sí, siendo la geometría la de un tetraedro en el que el N está en el centro, en tres vértices están los tres hidrógenos y en el otro el par de electrones. Hibridación: cuatro orbitales híbridos sp 3, tres de ellos forman enlaces simples con H y en el otro hay un par de electrones. CH 4 : Geometría tetraédrica. RPEV: El C tiene cuatro grupos de electrones que lo rodean asociados a los cuatro enlaces. La repulsión entre estos cuatro grupos hace que se alejen lo máximo entre sí, siendo la geometría la de un tetraedro en el que el C está en el centro y en cada vértice hay un H. Hibridación: cuatro orbitales híbridos sp 3, cada uno de ellos forma un enlace simple con H. c) NH 3 puede formar enlaces de hidrógeno ya que tiene electronegatividad alta y tamaño pequeño. Los enlaces de hidrógeno se forman cuando un átomo muy electronegativo se une a hidrógeno y el átomo de hidrógeno es atraido simultaneamente por otro átomo muy electronegativo de una molécula vecina. d) BeCl 2 : molécula apolar, ya que aunque el enlace Be Cl es polar, la geometría lineal hace que el momento dipolar total sea cero (momentos dipolares son vectores y son de igual módulo y dirección pero sentidos opuestos. Se puede representar como Cl Be Cl) NH 3 : molécula polar. El enlace H N es polar, y la geometría de la molécula hace que no se cancelen dando un momento dipolar total no nulo. 15

16 2005-Junio Cuestión 5. A partir del esquema del ciclo de Born-Haber para el fluoruro de sodio: a) Nombre las energías implicadas en los procesos 1, 2 y 3. b) Nombre las energías implicadas en los procesos 4, 5 y 6. c) Justifique si son positivas o negativas las energías implicadas en los procesos 1, 2, 3, 4 y 5. d) En función del tamaño de los iones justifique si la energía reticular del fluoruro sódico será mayor o menor, en valor absoluto, que la del cloruro de sodio. Justifique la respuesta. a) 1 Entalpía de sublimación del sodio. 2 Energía de disociación del flúor molecular. 3 Primer potencial de ionización del sodio. b) 4 Afinidad electrónica del flúor. 5 Energía reticular del flururo de sodio. 6 Entalpía de formación del fluoruro de sodio. c) 1 es positiva porque es la energía que hay que dar para un cambio de estado progresivo. 2 es positiva porque es la energía que hay que dar para romper un enlace. 3 es positiva porque es la energía que hay que dar al Na para que pierda un electrón. 4 es negativa porque es la energía desprendida por el flúor al captar un electrón. 5 es negativa porque es la energía desprendida al formarse la red cristalina. d) La energía reticular depende de forma inversa del tamaño de los iones que intervienen. En el caso del cloruro de sodio, el anión cloruro es mayor que anión fluoruro, por lo tanto la energía reticular será menor en valor absoluto que la del fluoruro de sodio Modelo Cuestión 1. Dados los elementos A, B y C, de números atómicos 6, 11 y 17 respectivamente, indique: d) Las fórmulas de los compuestos formados por C con cada uno de los otros dos, A y B, y el tipo de enlace que presentan al unirse. d) C y A: CCl 4, Tetracloruro de carbono. Enlace covalente, no metal y no metal. C y B: NaCl, Cloruro de sodio. Enlace iónico, metal y no metal. 16

17 2004-Septiembre Cuestión 2. Considere las siguiente moléculas: H2O, HF, H2, CH4 y NH3 Conteste justificadamente a cada una de las siguientes cuestiones: a) Cuál o cuáles son polares? b) Cuál presenta el enlace con mayor contribución iónica? c) Cuál presenta el enlace con mayor contribución covalente? d) Cuál o cuáles pueden presentar enlace de hidrógeno? a) H 2 O: es polar porque el enlace es polar y su geometría angular hace que no se cancelen. HF: es polar porque el enlace es polar y tiene geometría lineal. NH 3 : es polar porque el enlace es polar y su geometría piramidal-trigonal hace que no se cancele. H 2 : no es polar porque su enlace es apolar CH 4 : no es polar porque aunque su enlace sea polar, su geometría tetraédrica hace que se cancelen y el momento total sea nulo b) En HF porque la mayor contribución iónica está en el enlace con mayor diferencia de electronegatividad, que será entre H y F. c) H 2 ya que son dos átomos idénticos y tienen la misma electronegatividad. d) H 2 O, HF y NH 3, ya que presentan enlaces entre hidrógeno y elementos muy electronegativos y de átomos pequeños Junio Cuestión 2. Dadas la moléculas HCl, KF y CH2Cl2: a) Razone el tipo de enlace presente en cada una de ellas utilizando los datos de electronegatividad. b) Escriba la estructura de Lewis y justifique la geometría de las moléculas que tienen enlace covalente. Datos.- Valores de electronegatividad: K=0,8; H=2,1; C=2,5; Cl=3,0; F=4,0 a) HCl: enlace covalente, diferencia de electronegatividad 0,9 KF: enlace iónico, diferencia de electronegatividad 2,1 CH 2 Cl 2 : Los enlaces CH son covalentes, diferencia de electronegatividad 0,4. El enlace CCl es covalente, diferencia de electronegatividad 0,5 b) HCl: Geometría lineal por ser molécula diatómica. CH 2 Cl 2 : Geometría tetraédrica: Hibridación sp 3 en C RPEV: cuatro pares de electrones alrededor del C 17

18 2004-Modelo Cuestión 1. Considere las moléculas: OF2, BI3, CCl4, C2H2 a) Escriba sus representaciones de Lewis. b) Indique razonadamente sus geometrías moleculares utilizando la teoría de hibridación de orbitales o bien la teoría de la repulsión de pares electrónicos. c) Justifique cuáles son moléculas polares. d) Qué moléculas presentan enlaces múltiples? a) OF 2 :,BI 3 :, CCl 4 :, C 2 H 2 : b) OF 2 : Geometría angular, ángulo algo menor de 109º RPEV: El O tiene cuatro grupos de electrones que lo rodean, dos de ellos asociados a los enlaces y otros dos parejas de electrones no compartidos. La repulsión entre estos cuatro grupos hace que se alejen lo máximo entre sí, siendo la geometría la de un tetraedro en el que el O está en el centro, en dos vértices dos átomos de F y en los otros dos dos pares de electrones. El ángulo es algo menor de 109º por la repulsión de los pares de electrones no compartidos. Hibridación: cuatro orbitales híbridos sp 3, dos de ellos forman un enlace simple con F, y dos de ellos con pares de electrones no compartidos. BI 3 : Geometría trigonal plana, ángulo de 120º RPEV: El B tiene tres grupos de electrones que lo rodean asociados a tres enlaces simples con el yodo, y la geometría en la que están lo más alejados posible es la trigonal plana, Hibridación: tres orbitales híbridos sp 2, cada uno forma un enlace con el yodo, y un orbital pz sin electrones. CCl 4 : Geometría tetraédrica. RPEV: El C tiene cuatro grupos de electrones que lo rodean asociados a los cuatro enlaces. La repulsión entre estos cuatro grupos hace que se alejen lo máximo entre sí, siendo la geometría la de un tetraedro en el que el C está en el centro y en cada vértice hay un Cl. Hibridación: cuatro orbitales híbridos sp 3, cada uno de ellos forma un enlace simple con Cl. C 2 H 2 : Geometría lineal. RPEV: El C tiene dos grupos de electrones que lo rodean asociados a los dos enlaces, un enlace simple con el H y otro enlace triple con el otro C. Hibridación: dos orbitales híbridos sp en el C, uno de ellos forma un enlace simple con el H, y el otro, junto con los orbitales py y pz forma el enlace triple con el C. c) BI 3, CCl 4 y C 2 H 2 son apolares, ya que aunque sus enlaces son polares, la geometría hace que el momento dipolar total sea nulo. OF 2 será polar, ya que los enlaces son polares y por la geometría no se cancelan. d) Tan sólo C 2 H 2 (etino), que presenta un enlace triple. 18

19 2003-Septiembre Cuestión 1. Sabiendo que las temperaturas de 3550, 650, -107 y -196 ºC corresponden a las temperaturas de fusión de los compuestos nitrógeno, aluminio, diamante y tricloruro de boro: a) Asigne a cada compuesto el valor que le corresponde a su temperatura de fusión y justifique esta asignación. b) Justifique los tipos de enlaces y/o las fuerzas intermoleculares que están presentes en cada uno de los compuestos cuando se encuentran en estado sólido. a) 3550 ºC C (diamante) por ser una red covalente. 650 ºC Al metal de punto de fusión relativamente bajo ºC BCl 3 molécula covalente apolar. -196ºC N 2 molécula covalente apolar de menor peso y tamaño que el BCl 3. b) C (diamante): enlace covalente, no hay moléculas como tal sino red covalente. Al: enlace metálico, no hay moléculas como tal, sino una red metálica. BCl 3 : enlace covalente y fuerzas intermoleculares dipolo instantáneo-dipolo inducido (dispersión de Van der Waals) ya que aunque el enlace B-Cl es polar, la geometría de la molécula hace que los momentos dipolares se cancelen y ésta sea apolar. N 2 : enlace covalente y fuerzas intermoleculares dipolo instantáneo dipolo inducido (dispersión de Van der Waals), ya que el enlace N-N es apolar y la molécula también. Nota:El enunciado indica estado sólido, punto ebullición N2 =77,35 K, punto de fusión 63,14 K 2003-Modelo Cuestión 1. Dadas las moléculas H2O, CH4, BF3 y HCl. a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Indique razonadamente cuales presentan enlaces de hidrógeno. c) Justifique cuales son moléculas polares. d) Justifique cuales de las moléculas H2O, CH4 y HCl presenta mayor carácter covalente en el enlace y cuál menor. Datos. Electronegatividades de Pauling: O=3,5; H=2,1; C=2,5; Cl=3,0 a) H 2 O: CH 4 : BF 3 : HCl: b) Presenta enlace de hidrógeno solamente el H 2 O, ya que el H está unido a un átomo muy electronegativo y con radio pequeño. c) Son polares H 2 O (geometría angular) y HCl (geometría lineal), ya que tienen enlaces polares y la geometría hace que no se cancelen los momentos dipolares. d) La diferencia de electronegatividad en el enlace H-O es 1,4, en el enlace C-H es 0,4 y en el enlace H-Cl es 0,9, luego la de mayor carácter covalente será CH 4 y la de menor H 2 O. 19

20 2002-Septiembre Cuestión 3. Responda a las siguientes cuestiones referidas al CCl4, razonando las respuestas: a) Escriba su estructura de Lewis. b) Qué geometría cabe esperar para sus moléculas? c) Por qué la molécula es apolar a pesar de que los enlaces C-Cl son polares? d) Por qué, a temperatura ordinaria el CCl4 es líquido y, en cambio, el CI4 es sólido? a) CCl 4 : b) CCl 4 : Geometría tetraédrica. RPEV: El C tiene cuatro grupos de electrones que lo rodean asociados a los cuatro enlaces. La repulsión entre estos cuatro grupos hace que se alejen lo máximo entre sí, siendo la geometría la de un tetraedro en el que el C está en el centro y en cada vértice hay un Cl. Hibridación: cuatro orbitales híbridos sp 3, cada uno de ellos forma un enlace simple con Cl. c) Porque debido a su geometría en el momento dipolar total los momentos dipolares, que son vectores, de los cuatro enlaces se cancelan. d) Siendo las dos moléculas apolares, las únicas fuerza de cohesión intermolecular serán del tipo de dispersión. Son débiles y aumentan con la masa de la molécula, siendo por tanto más importantes en el CI 4, debido a su mayor masa molecular, que en el CCl Modelo Cuestión 1. Teniendo en cuenta la estructura y el tipo de enlace, justifique: a) el cloruro de sodio tiene un punto de fusión mayor que ei bromuro de sodio b) el carbono (diamante) es un sólido muy duro c) el nitrógeno moiecular presenta una gran estabilidad química d) el amoníaco es una sustancia polar. a) Ambos compuestos NaCl y NaBr tienen enlace iónico y forman redes cristalinas. Dado que el Cl es un átomo menor que el Br: ambos son halógenos, pero Cl tiene Z=17 (tercer periodo) y Br tiene Z=35 (cuarto periodo). Por tanto, las fuerzas de atracción a vencer para fundir el sólido (la energía reticular) serán mayores en NaCl. La energía reticular depende de la relación carga/radio, y como la carga es la misma, la energía reticular es mayor en el NaCl que en el NaBr ya que el radio en Cl - es menor que en Br -. b) En el diamante el carbono forma una red de enlaces covalentes. c) La molécula de N 2 tiene un enlace triple covalente, difícil de romper, lo que la hace muy estable. d) La geometría de la molécula de NH3 es una pirámide trigonal, los enlaces N-H son polares y sus momentos dipolares no se cancelan, además tiene un par de electrones sin compartir, por lo que su momento dipolar total no es nulo. 20

21 2001-Modelo Cuestión 2. Sabiendo que NaCl, NaBr y Nal adoptan en estado sólido la estructura tipo NaCl, explique razonadamente: a) Si la constante de Madelung influye en que los valores de energía reticular, de estos tres compuestos, sean diferentes. b) Si la variación de la energía reticular depende de la distancia de equilibrio entre los iones en la red cristalina c) La energía reticular del MgCl2 sería mayor, menor o igual que la del NaCl? Datos: Energías reticulares: NaCl = 769 kj mol -1 ; NaBr = 736 kj mol -1 y NaI = 688 kj mol -1 Antes de empezar definimos energía reticular de un sólido iónico como una medida de la fuerza de los enlaces en el sólido iónico. Se suele definir como la entalpía de formación del compuesto iónico a partir de sus iones gaseosos, siendo siempre un proceso exotérmico, por lo que bajo este criterio siempre es un valor negativo. A veces se define con el signo contrario, como la energía necesaria para separar un compuesto iónico en sus iones gaseosos. Es importante aclarar que en los datos del enunciado se proporcionan energías reticulares positivas, luego se está tomando la segunda definición o se están dando valores absolutos. Cuando se habla de energías mayores o menores, se considera siempre la comparación de estos valores positivos. a) Al indicarse la estructura tipo NaCl hace referencia a la disposición de los iones en el cristal iónico, que es cúbica centrada en caras. La constante de Madelung sólo depende de la disposición de las cargas en el cristal, y por tanto es constante para cada tipo de estructura cristalina. Se representa con A ó M. b) Para el NaCl y todos los cristales con la estructura cúbica centrada en caras, M = 1,748. Por lo tanto la constante de Madelung no influye en que los valores de la energía reticular sean distintos. Los valores de energía reticular son distintos por otros factores. La energía reticular viene dada por la ecuación de Born-Landé y cualitativamente es directamente proporcional a las cargas de los iones (z + y z - ). En estos tres compuestos coinciden (z + =+1 en Na + ; z - =-1 en I -, Cl -, Br - ) n es el exponente de Born, un número entre 5 y 12, determinado experimentalmente mediante la medición de la compresibilidad del sólido, o derivado teóricamente, y variará en esos tres casos. r 0 es la distancia al ión más cercano, que variará en esos 3 casos, por lo que la distancia sí influye en la energía reticular. Cualitativamente es inversamente proporcional a r 0. Además por el propio concepto de energía reticular que está asociada a la energía potencial del conjunto de iones que forman la estructura cristalina, dependerá de las distancias entre ellos. Al aumentar el radio atómico e iónico (Cl - < Br - < I - ) se puede estimar que aumentará r 0 y por lo tanto concuerda con la disminución de energía reticular NaCl> NaBr>NaI según los datos del enunciado. c) En el compuesto iónico MgCl 2 tendremos que z + =+2 lo que duplica el valor respecto NaCl, y en principio hará que la energía reticular de MgCl 2 sea mayor que la de NaCl. En cuanto a r 0, el radio de Mg 2+ (Z=12) será menor que el de Na + (Z=11), ya que ambos tienen el mismo número de electrones pero Mg 2+ tiene mayor carga nuclear. Esto hará el r 0 menor para MgCl 2 y en principio hará que la energía reticular de MgCl 2 sea mayor que la de NaCl. La estructura cristalina no tiene por qué coincidir, y por lo tanto tampoco tendrá por qué coincidir la constante de Madelung. El valor de n tampoco tiene por qué coincidir. Por lo tanto podemos decir que, en principio, descartando el efecto de M y N, la energía reticular del MgCl 2 será mayor que la de NaCl. (Consultada, MgCl 2 tiene como energía reticular 2527 kj/mol) 21

22 2000-Junio Cuestión 2. Dadas las siguientes sustancias: CS2 (lineal),hcn (lineal), NH3 (piramidal) y H2O (angular): a) Escriba sus estructuras de Lewis. b) Justifique su polaridad. a) CS 2 HCN: NH 3 : H 2 O: b) CS 2 : apolar, ya que aunque los enlaces sean polares, la geometría lineal y la simetría hace que se cancelen y que la molécula sea apolar HCN: polar, ya que los enlaces son polares, y la geometría lineal y la no simetría hace que no se cancelen y que la molécula sea polar. NH 3 : polar, ya que los enlaces son polares, y la geometría lineal y la no simetría hace que no se cancelen y que la molécula sea polar. H 2 O: polar, ya que los enlaces son polares, y la geometría lineal y la no simetría hace que no se cancelen y que la molécula sea polar. 22

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