Tema 3. CUESTIONES SOBRE ENLACE QUÍMICO

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1 Tema 3. CUESTIONES SOBRE ENLACE QUÍMICO

2 Cuestión 1 Considere las siguientes propiedades de las las moléculas N 2, O 2 y F 2 : Energía de enlace (kj mol 1 ) Temperatura de ebullición (K) N 2 O 2 F 2 Energía de enlace (kj mol 1 ) Temperatura de ebullición (K) a) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos N, O y F. b) Justifique porqué los valores de las energías de enlace son tan diferentes. c) Justifique porqué los valores de las temperaturas de ebullición son parecidos y tan bajos. a) N: 1s 2 2s 2 2p 3 O: 1s 2 2s 2 2p 4 F: 1s 2 2s 2 2p 5 b) Según las estructuras de Lewis, las moléculas F 2, O 2, y N 2, presentan enlace sencillo, doble y triple, respectivamente, por tanto la energía necesaria para romper dichos enlaces sigue la relación E(F 2 ) << E(O 2 ) << E(N 2 ). c) Las tres moléculas son apolares, por tanto en el proceso de ebullición las interacciones que hay que vencer son débiles y similares en los tres casos (fuerzas de Van der Waals de dispersión de London, que son las más débiles), por ello las temperaturas de ebullición son parecidas y bajas.

3 Cuestión 2 Para las moléculas de tetracloruro de carbono y amoniaco indique: a) La estructura de Lewis de cada una de las moléculas. b) La geometría de las moléculas y la hibridación del átomo central en cada una de ellas. c) La polaridad de los enlaces y de las moléculas. Justifique la respuesta. d) La solubilidad en agua de cada una de las moléculas. Justifique la respuesta. a) Estructuras de Lewis: b) CCl 4 : geometría tetraédrica y el C presenta hibridación sp 3. NH 3 : geometría piramidal-trigonal y el N presenta hibridación sp 3 (con un par de electrones no compartidos). c) C-Cl: enlace polar ya que son átomos de distinta electronegatividad. Por simetría se anulan los efectos y por tanto la molécula de CCl 4 es apolar. N-H: enlace polar por tratarse de átomos de distinta electronegatividad. Por simetría no se anulan los efectos, siendo el momento dipolar total distinto de cero y, por tanto, la molécula de NH 3 es polar. d) CCl 4 : como es una molécula apolar, no es soluble en disolventes polares como el agua. NH 3 : como es una molécula polar, es soluble en disolventes polares como el agua.

4 Dadas las siguientes moléculas: BeCl 2, Cl 2 CO, NH 3 y CH 4. a) Escriba las estructuras de Lewis. b) Determine sus geometrías por cualquier teoría (repulsión de pares electrónicos, hibridación...). c) Justifique si las moléculas BeCl 2 y NH 3 son polares o no polares. d) Razone cuál o cuáles tendrán enlaces de hidrógeno. a) Estructuras de Lewis Cuestión 3 b) BeCl 2 : Geometría lineal. La disposición más alejada posible de los dos grupos de electrones, que constituyen los enlaces, es la que produce menor repulsión. Cl 2 CO: Geometría trigonal-plana. El carbono tiene tres grupos de electrones que le rodean, dos grupos de enlaces simples carbono-cloro y el tercero en el enlace doble carbono-oxígeno. La geometría molecular para tres grupos de electrones es la trigonal-plana. NH 3 : Geometría tetraédrica. Las repulsiones entre los cuatro grupos de electrones (incluyendo el par solitario) harán que éstos se alejen entre sí lo más posible, es decir hacia los vértices de un tetraedro que tenga el átomo de N en el centro (aunque la geometría de los cuatro grupos de electrones es tetraédrica también es válido contestar que la geometría molecular es piramidal-trigonal, atendiendo a las posiciones de los núcleos de los átomos).

5 CH 4 : Geometría tetraédrica. Las repulsiones entre los cuatro pares de electrones que forman los enlaces hacen que éstos se alejen entre sí lo más posible, hacia los vértices de un tetraedro que tenga el átomo de C en el centro. Nota.- La explicación realizada corresponde a la Teoría de repulsión entre pares de electrones de la capa de valencia. También se aceptará por buena la explicación razonada mediante otras teorías, por ejemplo la de hibridación. c) BeCl 2 : Molécula no polar. Los dos momentos de enlace son iguales en magnitud y dirección y de sentido contrario, se anulan entre sí y dan un momento dipolar resultante igual a cero. NH 3 : Molécula polar. Tiene momentos dipolares parciales debido a la diferente electronegatividad del H y N. Los momentos se combinan para dar un momento dipolar resultante no nulo. d) El NH 3 es el que tiene enlace de hidrógeno. Este enlace se forma cuando un átomo de H unido a un átomo muy electronegativo es atraído simultáneamente por un átomo muy electronegativo de una molécula vecina. En este caso, el átomo de N tiene la electronegatividad necesaria para que se establezca el enlace de hidrógeno entre el N y un H de otra molécula de NH 3.

6 Problema 1 a) Calcule la energía reticular del óxido de magnesio sabiendo los siguientes datos: - Calores de formación del óxido de magnesio: 602 kj/mol - Calores de sublimación del Mg: 146 kj/mol - E disociación del O 2 : 498 kj/mol - Primera EI del Mg: 736 kj/mol - Segunda EI del Mg: 1448 kj/mol - Primera AE del O: 141 kg/mol - Segunda AE del O: 791 kg/mol b) Indique en qué cambiaría la expresión del cálculo de la energía reticular, con respecto a la anterior, si se tuviese que calcular la del fluoruro de calcio. a) Teniendo en cuenta que la energía reticular es E r = E f E s ½ E d EI - AE (ver apartado anterior 3.2., misma estequiometría), en el caso del MgO es: E r = / 2 ( ) ( ) = 2249 kg/mol b) Como el fluoruro de calcio tiene de fórmula CaF 2, entonces la AE ha de multiplicarse por 2 ya que el proceso es: 2 F(g) + 2 e 2 F Así, la expresión sería: E r = E f E s ½ E d EI 2AE (igual que en el caso anterior, la energía de ionización sería la suma de la primera y la segunda)