TEMA 4. EL ENLACE QUIMICO


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1 @quimicapau: Podríamos decir que los osos polares son más solubles en agua?... Piénsalo TEMA 4. EL ENLACE QUIMICO Cuáles son los conceptos y ejercicios clave de este tema? CONCEPTO A REPASAR EJERCICIO - Estructura de Lewis - Geometría molecular según la TRPECV Polaridad de enlace y de moléculas - Hibridación de los orbitales atómicos - Enlaces tipo Sigma (σ) y tipo Pi (π) El enlace químico: Covalente, Iónico y Metálico - Propiedades de los compuestos según enlace Advertencia: Este tema pertenece al libro Una química para todos. Cuaderno de ejercicios cuyo contenido se encuentra registrado en la propiedad intelectual, reservándose derechos de autor. De esta manera, no se consentirá el plagio y/o distribución sin consentimiento del propietario. 1

2 25. Establezca la estructura de Lewis y geometría según la TRPECV de las moléculas: a) H 3 O + b) O 3 c) NO 3 - DIBUJO a) Molécula tipo AB 3 E: 3 nubes electrónicas enlazantes 1 nube electrónica no enlazante Geometría: Pirámide trigonal α < 109,5 DIBUJO b) Molécula tipo AB 2 E: 2 nubes electrónicas enlazantes 1 nube electrónica no enlazante * RESONANCIA Geometría: Angular α < 120 DIBUJO c) Molécula tipo AB 3 : 3 nubes electrónicas enlazantes Geometría: Plana trigonal α = 120 2

3 26. Establezca la estructura de Lewis, geometría según la TRPECV y polaridad de las moléculas: a) HCN b) CH 3 OH c) CO 3 2- a) Molécula tipo AB 2 : 2 nubes electrónicas enlazantes Geometría Lineal α = 180 DIBUJO Y Tiene enlaces polares y los momentos dipolares individuales no se anulan, así que se crean polos en la molécula. Molécula polar (μ 0) b) Molécula tipo AB 4 : 4 nubes electrónicas enlazantes Geometría Tetraédrica α = 109,5 DIBUJO Y Tiene enlaces polares y los momentos dipolares individuales no se anulan, así que se crean polos en la molécula. Molécula polar (μ 0) c) DIBUJO Y Molécula tipo AB 3 : 3 nubes electrónicas enlazantes Geometría: Plana trigonal α = 120 Tiene enlaces polares pero los momentos dipolares individuales sí se anulan por la geometría de la molécula. Molécula apolar (μ =0) 3

4 27. Establezca la estructura de Lewis, geometría según la TRPECV, polaridad e hibridación de: a) CO 2 b) AlCl 3 c) SiF 4 a) Molécula tipo AB 2 : 2 nubes electrónicas enlazantes Geometría Lineal α = 180 Tiene enlaces polares pero los momentos dipolares individuales sí se anulan por la geometría de la molécula. Molécula apolar (μ =0) Se forman 2 orbitales híbridos tipo sp para solapar con cada uno de los átomos de O. Enlaces tipo sigma y pi. b) Molécula tipo AB * HIPOVALENCIA 3 : 3 nubes electrónicas enlazantes Geometría plana trigonal α=120 Tiene enlaces polares pero los momentos dipolares individuales sí se anulan por la geometría de la molécula. Molécula apolar (μ =0) Se forman 3 orbitales híbridos tipo sp 2, para solapar con cada uno de los átomos de Cl. Enlaces tipo sigma. c) Molécula tipo AB 4 : 4 nubes electrónicas enlazantes Geometría Tetraédrica α = 109,5 Tiene enlaces polares pero los momentos dipolares individuales sí se anulan por la geometría de la molécula. Molécula apolar (μ =0) Se forman 4 orbitales híbridos tipo sp 3 para solapar con cada uno de los átomos de F. Enlaces tipo sigma. 4

5 28. Establezca la estructura de Lewis, geometría según la TRPECV, polaridad e hibridación de: a) CHF 3 b) PCl 3 c) OF 2 a) Molécula tipo AB 4 : 4 nubes electrónicas enlazantes Geometría Tetraédrica α = 109,5 Tiene enlaces polares y los momentos dipolares individuales no se anulan, así que se crean polos en la molécula. Molécula polar (μ 0) Se forman 4 orbitales híbridos tipo sp 3 para solapar con cada uno de los átomos de F y el de H. Enlaces tipo sigma. b) Molécula tipo AB 3 E: 3 nubes electrónicas enlazantes 1 nube electrónica no enlazante Geometría Pirámide trigonal α < 109,5 Los momentos dipolares individuales se refuerzan y se dirigen hacia los Cl. Los pares de electrones solitarios del P en el sentido opuesto al vector resultante disminuyen el efecto polar. Molécula polar (μ 0) Se forman 4 orbitales híbridos tipo sp 3, tres de los cuales solapan con cada uno de los átomos de Cl y el otro alberga los electrones solitarios. Enlaces tipo sigma. c) Molécula tipo AB 2 E 2 : 2 nubes electrónicas enlazantes 2 nubes electrónicas no enlazantes Geometría angular α < 109,5 Los momentos dipolares individuales se refuerzan y se dirigen hacia los F. Los pares de electrones solitarios del oxígeno en sentido opuesto al vector resultante disminuyen el efecto polar. Molécula polar (μ 0) Se forman 4 orbitales híbridos tipo sp 3, dos de los cuales solapan con cada uno de los átomos de F y los otros dos albergan los electrones solitarios. Enlaces tipo sigma. 5

6 29. a) Explica la relación que existe entre el concepto de electronegatividad y el tipo de enlace que presenta un compuesto. b) Dispón, razonadamente, los compuestos AB, AC y AD en orden creciente de carácter covalente. Electronegatividades: A=3,8; B=3,3; C= 2,8; D= 1,3 a) La electronegatividad es la capacidad que tiene un átomo de un elemento dado de atraer hacia sí a los electrones que participan en un enlace. De esta manera, la electronegatividad determina el tipo de enlace que predomina en un compuesto: - Si los elementos que se unen tienen una electronegatividad idéntica o similar (no metales), se establecerá un enlace covalente (compartiendo electrones). - Si los elementos que se unen tienen una electronegatividad muy diferente (metal y no metal) se unirán mediante un enlace iónico (cediendo electrones). b) Como ya hemos destacado, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad, menos carácter covalente tendrá (hasta el punto de formar enlace iónico). AB: 3,8 3,3= 0,5 AC: 3,8 2,8 = 1 AD: 3,8 1,3 = 2,5 De esta manera, el orden creciente de carácter covalente será: AD < AC < AB 30. Escribe ejemplos de los siguientes grupos de compuestos: a) Tres compuestos covalentes moleculares apolares. b) Tres compuestos covalentes moleculares polares que no formen enlaces de hidrógeno. c) Tres compuestos covalentes moleculares polares que sí formen enlaces de hidrógeno. d) Cinco compuestos metálicos. e) Cinco compuestos iónicos. a) Cl 2, CH 4, CO 2 b) HCl, SO 2, H 2 S c) CH 3 OH, H 2 O, NH 3 d) Cu, Fe, Ag, Zn, Hg e) CaO, NaF, KCl, MgCl 2, CaF 2 6

7 31. A 0 C y 1 atm de presión, flúor y cloro se encuentran en estado gaseoso, bromo en estado líquido y yodo en estado sólido. Justifica este hecho: Todos ellos son compuestos covalentes moleculares apolares cuyos estados de agregación dependen de sus fuerzas intermoleculares, en este caso fuerzas de dispersión o London. Dichas fuerzas aumentan con el tamaño de la molécula y ello justifica que el I 2 (con mayor masa y fuerzas más intensas entre sus moléculas) se encuentre en estado sólido a esta temperatura mientras que el Br 2 (con menor masa que el I 2 ) se encuentre ya líquido. Por el mismo razonamiento, la menor masa del F 2 y Cl 2 explica sus estados gaseosos a 0 C. 32. Para las especies HBr, NaBr y Br 2, determina razonadamente: a) El tipo de enlace que predominará en ellas. b) Cuál de ellas tendrá mayor punto de fusión. c) Cuál es la especie menos soluble en agua. a) HBr: Enlace covalente, ya que une elementos con electronegatividad similar (no metales) mediante electrones compartidos. NaBr: Enlace iónico, ya que une elementos con electronegatividad muy diferente (metal y no metal) mediante electrones transferidos. Br 2 : Enlace covalente, ya que une elementos con electronegatividad idéntica mediante electrones compartidos. b) NaBr. La perfecta ordenación de los compuestos iónicos en forma de cristal y la atracción entre sus cargas justifica que tengan puntos de fusión más altos (se necesita más energía para separar sus cargas) que los compuestos covalentes moleculares (como HBr o Br 2 ) cuyo punto de fusión dependerá de sus fuerzas intermoleculares, que son mucho más débiles. c) Br 2. Los compuestos apolares (como el Br 2 ) son prácticamente insolubles en disolventes polares (como el agua). Esto se debe a que la disolución es posible cuando las fuerzas de atracción que ejercen las moléculas del soluto y las del disolvente son de naturaleza e intensidad similar y se pueden intercambiar. 7

8 33. Responde razonadamente a las siguientes cuestiones: a) Por qué el punto de ebullición del etanol (C 2 H 5 OH) es mayor que el del dimetiléter (CH 3 OCH 3 ) si ambas especies responden a la misma fórmula molecular? b) Podría el carbono y el hidrógeno formar un compuesto binario con enlace de hidrógeno? c) Cuál es el estado de agregación a temperatura ambiente del butano (C 4 H 10 ) y el nitrato de potasio (KNO 3 )? a) El mayor punto de ebullición del etanol es debido a que el grupo alcohol contiene un oxígeno con electrones solitarios unido a hidrógeno que permiten formar enlaces de hidrógeno (a diferencia del dimetiléter). Este hecho implica que haga falta más temperatura para separar sus moléculas y que pase a estado gaseoso (mayor punto de ebullición). b) No. El compuesto binario que formaría el carbono y el hidrógeno es el metano, CH 4. Para formar enlaces de hidrógeno es necesario átomos pequeños, electronegativos y con electrones solitarios (F,O,N) unidos a hidrógeno. Por tanto, el CH 4 no podría formarlos. c) El butano es un compuesto covalente molecular apolar cuyo estado de agregación depende de sus fuerzas intermoleculares (Van der Waals tipo dispersión) que al ser débiles le otorgarán puntos de fusión y ebullición bajos. En consecuencia, será un gas a temperatura ambiente. El nitrato de potasio es un compuesto iónico cuya perfecta ordenación en forma de cristal y la atracción entre sus cargas le otorgarán puntos de fusión y ebullición altos. En consecuencia, será un sólido a temperatura ambiente. 34. En función del tipo de enlace explica por qué: a) El NH 3 tiene un punto de ebullición más alto que el CH 4. b) El punto de ebullición del HCl es menor que el del Cl 2. c) El punto de fusión del C (diamante) es mucho mayor que el del C 2 H 6. a) El CH 4 es un compuesto covalente molecular apolar cuyas moléculas están unidas por fuerzas de dispersión, mientras que el NH 3 es un compuesto molecular polar que puede formar enlaces de hidrógeno. Ello otorgará mayor punto de ebullición al NH 3 que al CH 4. b) El Cl 2 es un compuesto covalente molecular (apolar) cuyas moléculas están unidas por fuerzas de dispersión, mientras que el HCl (polar) cuenta además con dipolos permanentes. Sin embargo, la gran masa del Cl 2 con respecto al HCl, le concede unas fuerzas intermoleculares más intensas (aun cuando sólo sean de London) y con ello un mayor punto de ebullición. c) El punto de fusión del C 2 H 6 viene determinado por la ruptura de sus fuerzas intermoleculares que, por lo general, son débiles. Sin embargo, la fusión del C (diamante) requiere la ruptura de los fuertes enlaces covalentes que unen sus átomos (lo que requiere mucha energía). 8

9 35. Dadas las especies CO 2, NaBr, Fe, Br 2 : a) Cuál conducirá la corriente eléctrica en estado sólido? b) Cuál conducirá la corriente eléctrica cuando está fundido o en disolución? c) Cuál no conducirá la corriente eléctrica en ningún estado? a) El compuesto metálico (Fe) es el que podrá conducir la electricidad en estado sólido como justifica el modelo de gas de electrones, en el que los electrones se mueven libremente permitiendo el paso de la corriente eléctrica. b) El compuesto iónico (NaBr) es el que podrá conducir la electricidad cuando está fundido o en disolución, ya que la presencia de cargas y la libertad de movimiento entre ellas permitirán el paso de la corriente eléctrica. (Sin embargo, en estado sólido no es conductor ya que sus iones están ordenados y fijos fuertemente en la estructura iónica sin libertad de movimiento). c) Los compuestos covalentes (CO 2 y Br 2 ) son los que no podrán conducir la electricidad en ningún estado, ya que sus electrones permanecen vinculados a los átomos que participan en los enlaces covalentes y, por tanto, no se dan las condiciones para conducir la electricidad. 36. Dados los compuestos MgO y BaO, responde a las siguientes cuestiones razonadamente: a) Cuál presenta la mayor energía reticular? b) Cuál presenta mayor punto de fusión? c) Cuál es más soluble en agua? a) De la ley de Coulomb F = K q1.q 2 d2 deducimos que iones pequeños y con carga elevada presentan mayor energía reticular ya que la atracción entre dichos iones será mayor. Dado que MgO (Mg 2+, O 2- ) y BaO (Ba 2+, O 2- ) tienen las mismas cargas, tendrá mayor energía reticular el que tenga los iones más pequeños. Al ser el radio del Mg menor que el del Ba, podemos afirmar que el MgO tendrá mayor energía reticular. b) MgO, ya que cuanto mayor es la energía reticular, mayor es el punto de fusión (ya que se requerirá más temperatura para vencer la atracción entre los iones y fundir el compuesto). c) BaO, ya que cuanto menor es la energía reticular, mayor es la solubilidad (ya que al agua le costará menos trabajo separar las cargas). 9

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