Ejercicios Hibridaciones 4w6a2c

Para las moléculas XeCl5+ y XeCl2, determine: a) Estructura de Lewis con cargas formales. b) Geometría molecular c) La hibridación de los átomos centrales. Justifique su respuesta con diagrama de orbitales atómicos.

Resolución:

b) Las geometrías moleculares son: ⇒

..

..

a) Las estructuras de Lewis son: ⇒

Piramidal cuadrada

.. Cl ..

Lineal

3 2

c) Las hibridaciones son: ⇒

.. .. Xe ..

.. Cl ..

.. Cl ..

..

+ Xe ..

.. Cl ..

.. Cl ..

..

..

.. Cl ..

..

.. ..

.. Cl

sp3d

sp d

5d 5s

Hibridación

Energía

Energía

Promoción 5p

5d 5s

Energía

La justificación de la hibridación para el átomo de xenón en el ion XeCl5+ es:

5p

5d sp3d2

5d 5s

5p

Hibridación

Energía

Energía

Promoción

5d 5s

5p

Energía

La justificación de la hibridación para el átomo de xenón en el compuesto XeCl2 es:

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

1

Piramidal cuadrada

sp3d2

2

Piramidal trigonal

sp3

A

..

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 y N. c) Hibridación de los átomos de 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 sp3.

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: CO3-. 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: NO2-. 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

N2+

13

2.5

14

CN3–

16

2.0

13

N2–

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+, CN3–, O2 < N2+, N2– Al aplicar el segundo criterio (carga nuclear, # de protones) el orden queda así: O2 < CN+, CN3– < N2+, N2– Finalmente, al aplicar el tercer criterio (carga eléctrica, # de electrones), el orden creciente de estabilidad queda: O2 < CN3– < CN+ < N2– < N2+

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: CN+ : N2+ : CN3- : N2- : O2 :

(σ1s)2, (σ1s*)2, (σ2s)2, (σ2s*)2, (π2py)2, (π2pz)2 (σ1s)2, (σ1s*)2, (σ2s)2, (σ2s*)2, (π2py)2, (π2pz)2, (σ2px)1 (σ1s)2, (σ1s*)2, (σ2s)2, (σ2s*)2, (σ2px)2, (π2py)2, (π2pz)2, (π2py*)1, (π2pz*)1 (σ1s)2, (σ1s*)2, (σ2s)2, (σ2s*)2, (σ2px)2, (π2py)2, (π2pz)2, (π2py*)1 (σ1s)2, (σ1s*)2, (σ2s)2, (σ2s*)2, (σ2px)2, (π2py)2, (π2pz)2, (π2py*)1, (π2pz*)1

Con base en las configuraciones electrónicas se puede establecer la tabla siguiente: Molécula: CN+ N2+ CN3– N2– O2

# de electrones: 12 13 16 15 16

Orden de enlace: 2.0 2.5 2.0 2.5 2.0

# de protones: 13 14 13 14 16

Características Magnéticas: Diamagnética Paramagnética Paramagnética Paramagnética 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 N2+ y el N2-; sin embargo, el N2presenta 15 electrones y el N2+ solo 13 electrones; por lo tanto, el N2+ es la molécula más estable. b) Las moléculas con menor orden de enlace son CN+, CN3- y O2; 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 CN3- y O2. d) La única molécula diamagnética es CN+. e) Las moléculas paramagnéticas son N2+, CN3-, N2- 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 Etanol diluido en agua Grenetina disuelta en agua

No Si

Si No

Si No

Si No

Si

No

Si

No

*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.