EJERCICIOS Y PROBLEMAS ENLACE QUÍMICO Y ESTRUCTURA


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1 EJERCICIOS Y PROBLEMAS ENLACE QUÍMICO Y ESTRUCTURA Dibuja un mapa conceptual que contenga los siguientes términos. Sólido cristalino, cristal, estructura molecular, estructura gigante, cristal molecular, cristal iónico, cristal covalente, cristal metálico, moléculas, iones positivos, iones negativos, átomos, electrones, fueras electrostáticas, fueras intermoleculares, enlace covalente enlace metálico. Sólido cristalino cristal se presenta en forma de puede ser cristal molecular cristal covalente cristal iónico cristal metálico moléculas átomos iones positivos e iones negativos iones positivos electrones fueras intermoleculares enlaces covalentes fueras electrostáticas enlace metálico a) Qué tipo de sólidos forman los elementos no metálicos cuando forman sustancias simples? b) Qué tipo de sólidos forman los elementos no metálicos cuando forman compuestos? c) Qué tipo de sólidos forman los elementos metálicos? d) Qué tipo de sólidos forma la unión de elementos metálicos de los grupos 1 2 con elementos no metálicos de los grupos 16 17? a) Sólidos moleculares en algunos casos (los elementos del grupo 14) sólidos covalentes (como el diamante) o covalentes-metálicos (como el grafito). b) Sólidos moleculares en algunos casos (los elementos del grupo 14) sólidos covalentes (como el SiO 2 ). c) Sólidos metálicos. d) Sólidos iónicos. ENLACE IÓNICO a) Según la posición de los elementos en la tabla periódica, dibuja el diagrama de Lewis de cada uno de los siguientes átomos. K Ca Br O Na Al b) Basándote en la regla del octeto, predice la carga más probable del ion de cada elemento. c) Escribe la fórmula de cada ion nómbralo. d) Representa el diagrama de Lewis de cada uno de los iones anteriores. a) K Ca Br O Na Al b) K (Z 19): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 valencia 1 Ca (Z 20): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 valencia 2 Br (Z 35): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 valencia 1 O (Z 8): 1s 2 2s 2 2p 4 valencia 2 Al (Z 13): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 valencia 3 c) K (catión potasio); Ca 2 (catión calcio); Br (anión bromuro); O 2 (anión óido); Na (catión sodio); Al 3 (catión aluminio). d) [K] [Ca] 2 [ Br ] [ O ] 2 [Na] [Al] 3 Solucionario 171

2 Solucionario En cuáles de las siguientes especies químicas los elementos se encuentran en forma de iones? Justifica tu respuesta. KCl CO F 2 Ne MgO En el KCl en el MgO, porque son combinaciones de un metal con un no metal, más concretamente de un elemento del grupo 1 (K) con uno del grupo 17 (Cl), de un elemento del grupo 2 (Mg) con otro del grupo 16 (O); es decir, se combinan átomos con 1 ó 2 electrones en su última capa átomos a los que les faltan 1 ó 2 electrones para tener la capa completa. Estos átomos, al reaccionar, unos (K Ca) pierden los electrones de su última capa otros (Cl O) ganan electrones hasta tener la capa completa, formándose iones positivos negativos que se aproiman hasta formar una estructura gigante iónica, KCl (s) MgO (s) Los diagramas de Lewis de cuatro átomos A, B, C D son los siguientes. A B C D a) Indica a qué grupo de la tabla periódica pertenece cada uno de los elementos. b) Cuáles de ellos cabe esperar que formen iones? En estos casos, cuál será la carga del ion? c) Qué tipo de compuesto cabe esperar que formen los elementos A C? d) Cuál sería la fórmula de ese compuesto? a) A: grupo 2 B: grupo 1 C: grupo 17 D: grupo 14 b) Es de esperar que formen iones A, B C. Las cargas esperables son A 2, B C. c) Un compuesto iónico. d) AC Predice raonadamente la fórmula del compuesto iónico que forma cada uno de los pares de elementos siguientes. a) Na F d) Al O b) Ba O e) Na S c) Ca I f) K Cl a) Na (Z 11): [Ne] 3s 1 Na Na e F (Z 9): [e] 2s 2 2p 5 F e F Na F NaF b) Ba (Z 56): [Xe] 6s 2 Ba Ba 2 2e O (Z 8): [e] 2s 2 2p 4 O 2e O 2 Ba 2 O 2 BaO c) Ca (Z 20): [Ar] 4s 2 Ca Ca 2 2e I (Z 53): [Kr] 5s 2 4d 10 5p 5 (I e I ) 2 Ca 2 2 I CaI 2 d) Al (Z 13): [Ne] 3s 2 3p 1 (Al Al 3 3e ) 2 O (Z 8): [e] 2s 2 2p 4 (O 2e O 2 ) 3 2 Al 3 3 O 2 Al 2 O 3 e) Na (Z 11): [Ne] 3s 1 (Na Na e ) 2 S (Z 8): [Ne] 3s 2 3p 4 S 2e S 2 2 Na S 2 Na 2 S f) K (Z 19): [Ar] 4s 1 K K e Cl (Z 17): [Ne] 3s 2 3p 5 Cl e Cl K Cl KCl Cuáles de las siguientes especies químicas no están presentes en un cristal de CaCl 2? Eplica por qué. a) Iones Ca d) Iones Cl 2 b) Moléculas CaCl 2 e) Iones Cl c) Iones Ca 2 El cristal de CaCl 2 es un cristal iónico iones Ca 2 e iones Cl en la proporción 1: 2. Por tanto, no eisten ni moléculas CaCl 2 ni tampoco iones Ca, porque son más estables los iones Ca 2. Tampoco ha iones Cl 2, a que el subíndice 2 indica que ha 2 iones Cl por cada ion Ca 2, no que eista el ion Cl 2 en el cristal (en cuo caso no se compensarían las cargas, a que Ca 2 tiene dos cargas positivas Cl 2 solo una negativa) Describe mediante ecuaciones químicas la formación del fluoruro de calcio, CaF 2 (s), a partir de átomos de calcio de flúor, a través de las siguientes etapas. (I) Formación de iones calcio, Ca 2 (II) Formación de iones fluoruro, F (III) Formación del cristal iónico de fluoruro de calcio, CaF 2 (s) (I) Ca (g) Ca 2 (g) 2e (II) 2 F (g) e 2 F (g) (III) Ca 2 (g) F (g) CaF 2 (s) 172 Solucionario

3 ENLACE COVALENTE. DIAGRAMAS DE LEWIS Y GEOMETRÍA DE MOLÉCULAS a) Dibuja los diagramas de Lewis de los átomos de B, C, N, O F, predice las valencias covalentes más probables de cada átomo. Justifica tu respuesta. b) Escribe los diagramas de Lewis las fórmulas desarrolladas de las moléculas que forman estos elementos con el hidrógeno. a) ELEMENTO CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA VALENCIA MÁS PROBABLE ESTRUCTURA DE LEWIS B B (Z 5): 1s 2 2s 2 2p 1 3 B C C (Z 6): 1s 2 2s 2 2p 2 4 C N N (Z 7): 1s 2 2s 2 2p 3 3 N O O (Z 8): 1s 2 2s 2 2p 4 2 O F O (Z 9): 1s 2 2s 2 2p 5 1 F b) B B C C N N O O F F Indica los pares de electrones compartidos los pares de electrones solitarios de cada una de las moléculas del ejercicio anterior. Nómbralas. Los pares de electrones compartidos son todos aquellos que representan la unión entre átomos. Los pares solitarios son aquellos que no representan la unión entre átomos. Las moléculas son: B 3 : Borano o trihidruro de boro C 4 : Metano o tetrahidruro de carbono N 3 : Amoníaco o trihidruro de nitrógeno 2 O: Agua F: Fluoruro de hidrógeno Los elementos A B están en el mismo período corto de la tabla periódica, tienen 6 7 electrones en la capa de valencia, respectivamente. Cuál es la fórmula del compuesto más probable que formarán? Justifica la respuesta. La fórmula más probable es AB 2 (B A B), porque A tiene valencia covalente 2 (le faltan 2 electrones para tener la capa completa, 8 6 2) B tiene valencia 1 (le falta 1 electrón para tener la capa completa, 8 7 1) Representa los diagramas de Lewis de las siguientes moléculas. a) Br 2 d) C 3 C 3 g) C 2 4 b) BF 3 e) C 3 C 2 O h) C 2 2 c) 2 Se f) CO i) CN Indica qué enlaces covalentes son dativos cúales son dobles o triples enlaces. a) Br Br d) C C g) C C b) F B F F c) Se e) CCO f) C O h) CC i) CN Las moléculas CO C 2 4 presentan enlaces dobles (CO, CC). Las moléculas C 2 2 CN presentan enlaces triples (CC CN). No ha enlaces covalentes dativos. Solucionario 173

4 Solucionario En cuáles de las moléculas siguientes no se cumple la regla del octeto? a) Cl 2 O c) SF 4 e) BCl 3 g) P 4 b) SF 2 d) PCl 3 f) PCl 5 h) NO De acuerdo con los diagramas de Lewis de las moléculas: a) Cl OCl c) e) Cl Cl g) P P F SF B P F P Cl F b) F SF d) Cl Cl Cl Cl f) P h) N O Cl PCl Cl Cl No cumplen la regla del octeto: c), e), f) h) Representa los diagramas de Lewis de las siguientes moléculas. a) ClO c) ClO 3 e) NO 3 g) 2 SO 3 b) ClO 2 d) ClO 4 f) 2 CO 3 h) 2 SO 4 (Los átomos de hidrógeno se encuentran enlaados a los átomos de oígeno, el Cl el S pertenecen al tercer período, por tanto, pueden rodearse de más de 8 electrones.) a) O Cl O c) O Cl O O e) O N O O g) O S O b) O Cl O O d) O Cl O O O f) O C O O h) O S O O Eplica la formación del enlace en la molécula Cl mediante el modelo de Lewis mediante el modelo de nube electrónica. Aúdate de diagramas dibujos. Puedes suponer que el orbital atómico del electrón del hidrógeno es esférico que el del electrón del cloro que participa en el enlace tiene la forma de un globo alargado. Cl Cl (El dibujo es orientativo. Sin duda, el tamaño del orbital 1s del es mu inferior al tamaño de los orbitales 3s 3p del Cl) 174 Solucionario

5 ENLACE COVALENTE. DIAGRAMAS DE LEWIS Y GEOMETRÍA DE MOLÉCULAS a) Dibuja los diagramas de Lewis de los átomos de B, C, N, O F, predice las valencias covalentes más probables de cada átomo. Justifica tu respuesta. b) Escribe los diagramas de Lewis las fórmulas desarrolladas de las moléculas que forman estos elementos con el hidrógeno. a) ELEMENTO CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA VALENCIA MÁS PROBABLE ESTRUCTURA DE LEWIS B B (Z 5): 1s 2 2s 2 2p 1 3 B C C (Z 6): 1s 2 2s 2 2p 2 4 C N N (Z 7): 1s 2 2s 2 2p 3 3 N O O (Z 8): 1s 2 2s 2 2p 4 2 O F O (Z 9): 1s 2 2s 2 2p 5 1 F b) B B C C N N O O F F Indica los pares de electrones compartidos los pares de electrones solitarios de cada una de las moléculas del ejercicio anterior. Nómbralas. Los pares de electrones compartidos son todos aquellos que representan la unión entre átomos. Los pares solitarios son aquellos que no representan la unión entre átomos. Las moléculas son: B 3 : Borano o trihidruro de boro C 4 : Metano o tetrahidruro de carbono N 3 : Amoníaco o trihidruro de nitrógeno 2 O: Agua F: Fluoruro de hidrógeno Los elementos A B están en el mismo período corto de la tabla periódica, tienen 6 7 electrones en la capa de valencia, respectivamente. Cuál es la fórmula del compuesto más probable que formarán? Justifica la respuesta. La fórmula más probable es AB 2 (B A B), porque A tiene valencia covalente 2 (le faltan 2 electrones para tener la capa completa, 8 6 2) B tiene valencia 1 (le falta 1 electrón para tener la capa completa, 8 7 1) Representa los diagramas de Lewis de las siguientes moléculas. a) Br 2 d) C 3 C 3 g) C 2 4 b) BF 3 e) C 3 C 2 O h) C 2 2 c) 2 Se f) CO i) CN Indica qué enlaces covalentes son dativos cúales son dobles o triples enlaces. a) Br Br d) C C g) C C b) F B F F c) Se e) CCO f) C O h) CC i) CN Las moléculas CO C 2 4 presentan enlaces dobles (CO, CC). Las moléculas C 2 2 CN presentan enlaces triples (CC CN). No ha enlaces covalentes dativos. Solucionario 173

6 Solucionario En cuáles de las moléculas siguientes no se cumple la regla del octeto? a) Cl 2 O c) SF 4 e) BCl 3 g) P 4 b) SF 2 d) PCl 3 f) PCl 5 h) NO De acuerdo con los diagramas de Lewis de las moléculas: a) Cl OCl c) e) Cl Cl g) P P F SF B P F P Cl F b) F SF d) Cl Cl Cl Cl f) P h) N O Cl PCl Cl Cl No cumplen la regla del octeto: c), e), f) h) Representa los diagramas de Lewis de las siguientes moléculas. a) ClO c) ClO 3 e) NO 3 g) 2 SO 3 b) ClO 2 d) ClO 4 f) 2 CO 3 h) 2 SO 4 (Los átomos de hidrógeno se encuentran enlaados a los átomos de oígeno, el Cl el S pertenecen al tercer período, por tanto, pueden rodearse de más de 8 electrones.) a) O Cl O c) O Cl O O e) O N O O g) O S O b) O Cl O O d) O Cl O O O f) O C O O h) O S O O Eplica la formación del enlace en la molécula Cl mediante el modelo de Lewis mediante el modelo de nube electrónica. Aúdate de diagramas dibujos. Puedes suponer que el orbital atómico del electrón del hidrógeno es esférico que el del electrón del cloro que participa en el enlace tiene la forma de un globo alargado. Cl Cl (El dibujo es orientativo. Sin duda, el tamaño del orbital 1s del es mu inferior al tamaño de los orbitales 3s 3p del Cl) 174 Solucionario

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