Para las moléculas XeCl 5+ y XeCl 2, determine: a) Estructura de Lewis con cargas formales. b) Geometría molecular c) La hibridación de los átomos á tomos centrales. Justifique Just ifique su respuesta con diagrama di agrama de orbitales atómicos.
Resolución: ..
Cl
.
..
.
C l ..
. .
. .
+ Xe ..
..
a) Las estructuras de Lewis son:
.
⇒
. .
..
..
C l ..
.
b) Las geometrías moleculares son: c) Las hibridaciones son:
C l ..
..
C l ..
..
..
C l ..
. .
Lineal
sp3d 2
⇒
. .
Xe
.
.
Piramidal cuadrada
⇒
. .
Cl ..
.
.
sp3d
La justificación de la hibridación para el átomo de xenón en el ion XeCl 5 + es:
Promoción
a í g r e n E
5d 5s
Hibridación
a í g r e n E
5p
5d 5s
a í g r e n E
5p
5d sp3d2
La justificación de la hibridación para el átomo de xenón en el compuesto XeCl 2 es: es:
Promoción
a í g r e n E
5d 5s
5p
Hibridación
a í g r e n E
5d 5s
5p
a í g r e n E
5d
sp3d
Complete la tabla siguiente, donde se muestran diferentes distribuciones de los electrones alrededor del átomo central A, considere que : denota un par electrónico libre y _ denota un enlace. Distribución:
Enlaces π:
Geometría molecular:
Hibridación:
A
A
.
A
.A. .. A
.. A
Resolución:
Considerando, que los enlaces simples son enlaces sigma ( σ ), y que en los dobles enlaces se tiene un enlace sigma y un enlace pi ( π ), se puede completar la segunda columna. Para determinar la geometría molecular y la hibridación, se emplea la teoría de repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia. Distribución:
Enlaces π :
Geometría molecular:
Hibridación:
A
0
Plana trigonal
sp2
1
Angular
sp2
A
1
Tetraédrica
sp3
.A.
0
Plana trigonal
sp3d
.. A
1
Piramidal cuadrada
sp3d 2
..
2
Piramidal trigonal
sp3
A
A
.
Para la molécula siguiente H K
C Cl
H N: H
Determine: a) Los tipos de enlace que presenta la molécula (con respecto a su electronegatividad). b) La geometría molecular con respecto a los átomos de c) Hibridación de los átomos de
C y N.
C y N.
Resolución: a) La molécula presenta los siguientes tipos de enlace: Enlace:
Diferencia de
Tipo de enlace
electronegatividad C-H
0.4
Covalente simple
C-N
0.5
Covalente simple
C-Cl
0.5
Covalente simple
C-K
1.7
Iónico
N-H
0.9
Covalente polar
b) Con base en la estructura de Lewis de la molécula y la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia, se pueden establecer las geometrías moleculares; así, como el átomo de carbono tiene cuatro nubes electrónicas y las cuatro son de enlace, su geometría molecular es tetraédrica; por otro lado, el átomo de nitrógeno también tiene cuatro nubes electrónicas pero tres son de enlace y una de un par electrónico lo que implica que su geometría molecular sea piramidal trigonal. c) Como ambos átomos tienen cuatro nubes electrónicas, su hibridación es sp 3.
Tres iones están formados por los pares de elementos siguientes: NF, CO y NO. Cada ion tiene un orden de enlace igual a 1.5 y siete electrones en orbitales de antienlace. a) Determine la carga de cada ion. b) Ordénelos de menor a mayor estabilidad.
Resolución:
a) Aplicando la fórmula del orden de enlace: Orden de Enlace =
1 2
# de electrones en orbitales de enlace
# de electrones en orbitales de antienlace
Se determina que cada ion debe tener 10 electrones en orbitales de enlace ( X=10 ); por lo tanto, el número total de electrones para cada ion es de 17. En el ion formado por N y F, el átomo de nitrógeno contribuye con 7 electrones y el átomo de flúor con 9 electrones, esto hace un total de 16 electrones; por lo tanto, se debe adicionar un electrón más para tener 17; es decir, el ion tiene una carga negativa: NF -. En el ion formado por C y O, el átomo de carbono contribuye con 6 electrones y el átomo de oxígeno con 8 electrones, esto hace un total de 14 electrones; por lo tanto, se deben adicionar tres electrones más para tener 17; es decir, el ion tiene tres cargas negativas: CO 3-. En el ion formado por N y O, el átomo de nitrógeno contribuye con 7 electrones y el átomo de oxígeno con 8 electrones, esto hace un total de 15 electrones; por lo tanto, se deben adicionar dos electrones más para tener 17; es decir, el ion tiene dos cargas negativas: NO 2-. b) Debido a que los tres iones tienen el mismo orden de enlace, su orden de estabilidad se debe establecer con su carga nuclear; es decir, el ion con mayor número de protones será el más inestable. NF -
16 protones
CO3-
14 protones
NO2-
15 protones
Orden creciente de estabilidad: NF - < NO2- < CO3-
Ordene en forma creciente de estabilidad a las moléculas siguientes. Justifique su respuesta. CN+,
N2+,
CN3–,
N2 –,
O2
Resolución:
Empleando la teoría del orbital molecular, se obtiene la tabla siguiente: Molécula:
# de electrones:
Orden de enlace:
# de protones:
CN +
12
2.0
13
N 2+
13
2.5
14
CN 3–
16
2.0
13
N 2
–
15
2.5
14
O2
16
2.0
16
Con base en la información de la tabla anterior, se aplica el primer criterio (orden de enlace) para determinar la estabilidad de las moléculas, quedando: CN +, CN 3–, O2 < N 2+ , N 2 – Al aplicar el segundo criterio (carga nuclear, # de protones) el orden queda así: O2 < CN +, CN 3– < N 2+ , N 2 – Finalmente, al aplicar el tercer criterio (carga eléctrica, # de electrones), el orden creciente de estabilidad queda: O2 < CN 3– < CN + < N 2 – < N 2+
Desarrolle la configuración electrónica de las moléculas siguientes e indique: CN+,
N2+,
CN3-,
N2 –,
O2
a) Cuál es más estable. b) Cuál es menos estable. c) Cuáles son isoelectrónicas. d) Cuáles son diamagnéticas. e) Cuáles son paramagnéticas. Resolución:
Empleando la teoría del orbital molecular, se obtienen las configuraciones electrónicas siguientes para cada molécula: 2 * 2 2 * 2 2 2 ) , ( σ1s ) , ( σ2s ) , ( σ 2s ) , ( π2py ) , ( π2pz ) CN + : ( σ1s
N 2+ :
2 * 2 2 * 2 2 2 ) , ( σ1s ) , ( σ2s ) , ( σ 2s ) , ( π2py ) , ( π2pz ) , ( σ 2px ( σ1s )1
2 * 2 2 * 2 2 2 * 1 * 1 ) , ( σ1s ) , ( σ2s ) , ( σ 2s ) , ( σ 2px ) , ( π2pz ) , ( π2py CN 3- : ( σ1s )2 , ( π2py ) , ( π2pz )
N 2- :
2 * 2 2 * 2 2 2 * 1 ) , ( σ1s ) , ( σ2s ) , ( σ 2s ) , ( σ 2px ) , ( π2pz ) , ( π2py ( σ1s )2 , ( π2py )
O2 :
2 * 2 2 * 2 2 2 * 1 * 1 ) , ( σ1s ) , ( σ2s ) , ( σ 2s ) , ( σ 2px ) , ( π2pz ) , ( π2py ( σ1s )2 , ( π2py ) , ( π2pz )
Con base en las configuraciones electrónicas se puede establecer la tabla siguiente: Molécula:
# de electrones:
Orden de enlace:
# de protones:
Características Magnéticas:
CN +
12
2.0
13
Diamagnética
N 2+
13
2.5
14
Paramagnética
CN 3–
16
2.0
13
Paramagnética
N 2 –
15
2.5
14
Paramagnética
O2
16
2.0
16
Paramagnética
Ahora, con base en la información de la tabla anterior, se responden los incisos como sigue: a) Las moléculas con mayor orden de enlace son el N 2+ y el N 2- ; sin embargo, el N 2- presenta 15 electrones y el N 2+ solo 13 electrones; por lo tanto, el N 2+ es la molécula más estable. b) Las moléculas con menor orden de enlace son CN +, CN 3- y O 2 ; sin embargo, la que presenta la mayor cantidad de protones es O2 ; por lo tanto, es la menos estable.
c) Las moléculas que presentan la misma cantidad de electrones; es decir, que son isoelectrónicas son CN 3- y O2 . d) La única molécula diamagnética es CN +. e) Las moléculas paramagnéticas son N 2+ , CN 3-, N 2- y O2 .
En el Laboratorio de Química se analizaron las características de 6 mezclas, obteniéndose la tabla de resultados siguiente: Mezcla
Homogénea Sedimenta
Efecto Tyndall
Separan sus componentes por filtración
Agar * disuelto en agua
Si
No
Si
No
Melox disuelto en agua
No
Si
No
Si
Agua de horchata
No
Si
Si
Si
Etanol diluido en agua
Si
No
No
No
Si
No
Si
No
Grenetina agua
disuelta
en
*Agar: compuesto de algas marinas. Se emplea en cultivos de microorganismos.
Con base en la tabla anterior clasifique a las mezclas en: coloides, suspensiones y disoluciones. Justifique su respuesta. Resolución:
Para dar respuesta a este ejercicio, se debe considerar que los coloides son mezclas homogéneas que presentan el efecto Tyndall, pero que no separan sus componentes por filtración; las suspensiones son mezclas heterogéneas que en ocasiones presentan el efecto Tyndall, pero que sus componentes se pueden separar por filtración; finalmente, las disoluciones son mezclas homogéneas que no presentan el efecto Tyndall y cuyos componentes no se separan por filtración. Con base en lo anterior, las respuestas serían las siguientes: El agar disuelto en agua es un coloide El Melox disuelto en agua es una suspensión. El agua de horchata es una suspensión. El etanol diluido en agua es una disolución. La Grenetina disuelta en agua es un coliode.