5.1 Teoría de enlace de valencia
Utilice la teoría del enlace de valencia para explicar el enlace en F2, HF y ClBr. Dibuje la superposición de los orbitales atómicos implicados en los enlaces.
Utilice la teoría del enlace de valencia para explicar el enlace en el O2. Haga un esquema de la superposición de los orbitales atómicos implicados en los enlaces del O2.
¿Cuántos enlaces σ y π hay en la molécula HCN?
Un amigo le dice que el N2 tiene tres enlaces π debido al superposición de los tres orbitales p de cada átomo de N. ¿Está de acuerdo?
Dibuje las estructuras de Lewis del CO2 y el CO, y prediga el número de enlaces σ y π de cada molécula.
(a) CO2
(b) CO
5.2 Orbitales atómicos híbridos
Indique la forma que describe cada conjunto de orbitales híbridos:
(a) sp2
(b) sp3d
(c) sp
(d) sp3d2
Explique por qué un átomo de carbono no puede formar cinco enlaces utilizando orbitales híbridos sp3d.
¿Cuál es la hibridación del átomo central en cada uno de los siguientes?
(a) BeH2
(b) SF6
(c)
(d) PCl5
Una molécula con la fórmula AB3 podría tener una de las cuatro formas diferentes. Indique la forma y la hibridación del átomo central A de cada uno.
La metionina, CH3SCH2CH2CH(NH2)CO2H, es un aminoácido que se encuentra en las proteínas. La estructura de Lewis de este compuesto se muestra a continuación. ¿Cuál es el tipo de hibridación de cada carbono, oxígeno, nitrógeno y azufre?
El ácido sulfúrico se fabrica mediante una serie de reacciones representadas por las siguientes ecuaciones:
Dibuje una estructura de Lewis, prediga la geometría molecular por VSEPR y determine la hibridación del azufre en lo siguiente:
(a) molécula circular S8
(b) Molécula de SO2
(c) Molécula de SO3
(d) Molécula de H2SO4 (los átomos de hidrógeno están unidos a átomos de oxígeno).
Dos importantes productos químicos industriales, el eteno, C2H4, y el propeno, C3H6, se producen mediante el proceso de craqueo al vapor (o térmico)
En cada uno de los cuatro compuestos de carbono, haga lo siguiente:
(a) Dibuje una estructura de Lewis.
(b) Prediga la geometría en cuanto al átomo de carbono.
(c) Determine la hibridación de cada tipo de átomo de carbono.
El análisis de un compuesto indica que contiene un 77,55 % de Xe y un 22,45 % de F en masa.
(a) ¿Cuál es la fórmula empírica de este compuesto? (Asuma que esta es también la fórmula molecular al responder las partes restantes de este ejercicio).
(b) Escriba una estructura de Lewis para el compuesto.
(c) Prediga la forma de las moléculas del compuesto.
(d) ¿Qué hibridación coincide con la forma que predijo?
Considere el ácido nitroso, HNO2 (HONO).
(a) Escriba una estructura de Lewis.
(b) ¿Cuáles son los pares de electrones y las geometrías moleculares de los átomos internos de oxígeno y nitrógeno en la molécula de HNO2?
(c) ¿Cuál es la hibridación en los átomos de oxígeno y nitrógeno internos en el HNO2?
Las cerillas de encendido fácil contienen una capa de KClO3 y otra de P4S3. El calor producido por la fricción al golpear la cerilla hace que estos dos compuestos reaccionen vigorosamente, lo que prende fuego al palito de madera de aquella. El KClO3 contiene el ion. El P4S3 es una molécula inusual con la estructura del esqueleto.
(a) Escriba las estructuras de Lewis para el P4S3 y el ion.
(b) Describa la geometría sobre los átomos de P, el átomo de S y el átomo de Cl en estas especies.
(c) Asigne una hibridación a los átomos de P, al átomo de S y al átomo de Cl en estas especies.
(d) Determine los estados de oxidación y la carga formal de los átomos del P4S3 y el ion .
Identifique la hibridación de cada átomo de carbono en la siguiente molécula. (La disposición de los átomos está dada; tienes que determinar cuántos enlaces conectan cada par de átomos)
Escriba las estructuras de Lewis para NF3 y PF5. Con base en los orbitales híbridos, explique el hecho de que NF3, PF3 y PF5 son moléculas estables, pero NF5 no existe.
Además del NF3, se conocen otros dos derivados fluorados del nitrógeno: N2F4 y N2F2. ¿Qué formas predice para estas dos moléculas? ¿Cuál es la hibridación del nitrógeno en cada molécula?
5.3 Enlaces múltiples
La energía de enlace de un enlace simple C-C tiene una media de 347 kJ mol−1; la de un triple enlace tiene una media de 839 kJ mol−1. Explique por qué el triple enlace no es tres veces más fuerte que un enlace simple.
En el ion carbonato, dibuje todas las estructuras de resonancia. Identifique qué orbitales se superponen para crear cada enlace.
Un disolvente útil que disuelve tanto las sales como los compuestos orgánicos es el compuesto acetonitrilo, H3CCN. Está presente en los decapantes de pintura.
(a) Escriba la estructura de Lewis para el acetonitrilo, e indique la dirección del momento dipolar en la molécula.
(b) Identifique los orbitales híbridos utilizados por los átomos de carbono de la molécula para formar enlaces σ.
(c) Describa los orbitales atómicos que forman los enlaces π en la molécula. Note que no es necesario hibridar el átomo de nitrógeno.
Para la molécula aleno, dan la hibridación de cada átomo de carbono. ¿Los átomos de hidrógeno estarán en el mismo plano o en planos perpendiculares?
Identifique la hibridación del átomo central en cada una de las siguientes moléculas e iones que contienen enlaces múltiples:
(a) ClNO (N es el átomo central)
(b) CS2
(c) Cl2CO (el C es el átomo central)
(d) Cl2SO (S es el átomo central)
(e) SO2F2 (el S es el átomo central)
(f) XeO2F2 (el Xe es el átomo central)
(g) (el Cl es el átomo central)
Describa la geometría molecular y la hibridación de los átomos de N, P o S en cada uno de los siguientes compuestos.
(a) H3PO4, ácido fosfórico, utilizado en los refrescos de cola.
(b) NH4NO3, nitrato de amonio, un fertilizante y explosivo.
(c) S2Cl2, dicloruro de disulfuro, utilizado en la vulcanización del caucho.
(d) K4[O3POPO3], pirofosfato de potasio, ingrediente de algunos dentífricos.
En cada una de las siguientes moléculas, indique la hibridación solicitada y si los electrones estarán deslocalizados o no:
(a) hibridación del ozono (O3) central.
(b) hibridación central C del dióxido de carbono (CO2).
(c) dióxido de nitrógeno (NO2) hibridación central del N.
(d) ion fosfato hibridación central P
En cada una de las siguientes estructuras, determine la hibridación solicitada y si los electrones estarán deslocalizados:
(a) Hibridación de cada carbono
(b) Hibridación del azufre
(c) Todos los átomos
Dibuje el diagrama orbital del carbono en el CO2 mostrando cuántos electrones del átomo de carbono hay en cada orbital.
5.4 Teoría de los orbitales moleculares
Haga un esquema de la distribución de la densidad electrónica en los orbitales moleculares de enlace y antienlace formados por dos orbitales s y por dos orbitales p.
¿En qué se parecen y en qué se diferencian?
(a) Orbitales moleculares σ y orbitales moleculares π
(b) ψ para un orbital atómico y ψ para un orbital molecular
(c) orbitales de enlace y orbitales de antienlace
Si se crean orbitales moleculares combinando cinco orbitales atómicos del átomo A y cinco orbitales atómicos del átomo B, ¿cuántos orbitales moleculares resultarán?
¿Puede ser diamagnética una molécula con un número impar de electrones? Explique por qué sí o por qué no.
¿Puede una molécula con un número par de electrones ser paramagnética? Explique por qué sí o por qué no.
¿Por qué los orbitales moleculares de enlace tienen menor energía que los orbitales atómicos de origen?
Calcule el orden de los enlaces para un ion con esta configuración:
Explique por qué un electrón en el orbital molecular de enlace en la molécula de H2 tiene una energía menor que un electrón en el orbital atómico 1s de cualquiera de los átomos de hidrógeno separados.
Prediga las configuraciones orbitales moleculares de los electrones de valencia de los siguientes iones y diga si serán estables o inestables.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
Determine el orden de los enlaces de cada miembro de los siguientes grupos, y determine qué miembro de cada grupo es predicho por el modelo de orbital molecular para tener el enlace más fuerte.
(a) H2,
(b) O2,
(c) Li2, Be2
(d) F2,
(e) N2,
Para la primera energía de ionización de una molécula de N2, ¿de qué orbital molecular se retira el electrón?
Compare los diagramas de orbitales atómicos y moleculares para identificar el miembro de cada uno de los siguientes pares que tiene la mayor energía de primera ionización (el electrón más unido) en la fase gaseosa:
(a) H y H2
(b) N y N2
(c) O y O2
(d) C y C2
(e) B yB2
¿Cuál de las moléculas diatómicas homonucleares de periodo 2 se predice que es paramagnética?
Un amigo te dice que el orbital 2s del flúor comienza con una energía mucho menor que el orbital 2s del litio, por lo que el orbital molecular σ2s resultante en el F2 es más estable que en el Li2. ¿Está de acuerdo?
Verdadero o falso: El boro contiene 2s22p1 electrones de valencia, por lo que solo se necesita un orbital p para formar orbitales moleculares.
Predecir si el diagrama de MO para S2 mostraría la mezcla s-p o no.
Explique por qué es diamagnético, mientras que que tiene el mismo número de electrones de valencia, es paramagnético.
Utilizando los diagramas de MO, prediga el orden de enlace para el enlace más fuerte de cada par:
(a) B2 o
(b) F2 o
(c) O2 o
(d) o