Momento Dipolar

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  • Unidad 4. Molculas y fuerzas intermoleculares46

    1. Por qu en la tabla 1 no hemos hecho mencin a molculas del tipo AB?

    Las molculas diatmicas son siempre lineales, tengan o no pares de electrones noenlazados. Por eso no hace falta incluirlas. Recurdese que la geometra moleculardepende de la posicin de los ncleos, y dos ncleos siempre estn en lnea.

    2. Predice la geometra de las siguientes molculas o iones a partir del modeloRPECV: CHCl

    3; SiF

    4; SO

    3; CO

    322.

    3. Una forma de predecir la geometra de una molcula es compararla con otraisoelectrnica de geometra conocida. Segn esto, y a la vista de las dos activi-dades anteriores, qu geometra es de esperar que presente el ion SiO

    322?

    El ion SiO322 es isolectrnico, en lo referente a electrones de valencia, con el ion car-

    bonato, CO322; por tanto, la geometra es plana trigonal.

    4. Predice la geometra de las siguientes molculas o iones a partir del modeloRPECV: H

    2S; PH

    3; H

    3O1.

    5. Expn brevemente las analogas y las diferencias entre el mtodo RPECV y lateora de hibridacin.

    Ambos mtodos tienen como finalidad encontrar o justificar la geometra molecular.Sin embargo, el mtodo RPECV es cualitativo, basado en consideraciones electrost-ticas simples, mientras que la teora de la hibridacin forma parte de los mtodoscunticos y conduce a resultados cuantitativos.

    H2S:

    Pirmide trigonalAngular

    H

    PH3:

    HH H

    P

    H H

    S

    Pirmide trigonal

    H

    H3O+:

    H

    O

    Cl

    HCHCl3:

    Tetradrica Tetradrica Plana trigonal

    Cl

    C

    F

    FSiF4:

    FF

    Si

    OSO3:

    O O

    S

    Plana trigonal

    OCO3

    2_:

    O O

    C

    Cl

    4Molculas y fuerzas intermoleculares

    Actividades del interior de la unidad

  • Unidad 4. Molculas y fuerzas intermoleculares 47

    En general, se puede decir que el mtodo RPECV permite hacer predicciones aproxi-madas, y que la teora de la hibridacin se ocupa, ms bien, de encontrar justifica-ciones tericas a la geometra ya conocida.

    6. Explica el tipo de hibridacin propuesto para el tomo central en las molcu-las de H

    2O; NH

    3; PF

    3; HgCl

    2.

    H2O: La frmula de Lewis es HO

    H. Como el tomo central tiene cuatro pares de

    electrones (dos enlazados y dos no enlazados), la hibridacin propuesta es sp3:

    O (Z 5 8): 1s2 2s2p4

    NH3: La frmula de Lewis es . Tambin se propone hibridacin sp3:

    N (Z 5 7): 1s2 2s2p3

    PF3: La situacin es anloga al NH

    3; por tanto, hibridacin sp3.

    HgCl2: La frmula de Lewis es :Cl

    HgCl

    :, que no cumple la regla del octeto, por-

    que el mercurio es un metal de transicin. Se propone hibridacin sp:

    Hg (Z 5 80): [Xe] 4f 14 5d 10 6s2

    7. Cmo se puede justificar, a partir de la teora de hibridacin, la distinta es-tructura del C diamante y la del C grafito?

    En el diamante, cada carbono emplea hibridacin sp3 y se une a otros cuatro carbo-nos con geometra de tipo tetradrico.

    En el caso del grafito, cada carbono emplea hibridacin sp2 y se une a tres carbonos,dando lugar a capas planas de tomos de carbono. Estas lminas estn dbilmenteunidas entre s y se deslizan fcilmente.

    8. Justifica, a partir de la teora de hibridacin, la geometra triangular plana deltrixido de azufre.

    La frmula de Lewis para el SO3que cumple la regla del octeto es:

    El tomo central de azufre no tiene pares de electrones solitarios. Se propone hibri-dacin sp2 para el azufre:

    S (Z 5 16): 1s2 2s2p6 3s2p4

    3s 3p3p sp2

    hibridacin

    , es decir,O

    O

    SO O

    OSS

    O

    OO

    O

    O

    O

    SO

    6s 6p 6psp

    hibridacin

    2s 2p sp3

    hibridacin

    N H

    H

    H

    2s 2p sp3

    hibridacin

  • Unidad 4. Molculas y fuerzas intermoleculares48

    Los hbridos sp2 forman enlaces con los tomos de oxgeno. El par de electronesdel orbital 3p sin hibridar forma un enlace pi deslocalizado a los cuatro tomos conorbitales p vacos de los oxgenos:

    9. Dado el compuesto: CH2

    CHCH2C

    CH, indica el tipo de hibridacin que

    utiliza cada tomo de carbono.

    El carbono-1 y el carbono-2 (los tomos unidos por enlace doble) presentan hibrida-cin sp2.

    El carbono-3 presenta hibridacin sp3.

    El carbono-4 y el carbono-5 (los tomos unidos por enlace triple) presentan hibrida-cin sp.

    10. Dada la molcula: Cl2CCHCl, indica:

    a) El tipo de orbitales que utiliza C, Cl y H para formar la molcula.

    Los dos tomos de carbono utilizan los orbitales 2s y 2p para, mediante hibrida-cin sp2, formar enlaces con los tomos de carbono, cloro o hidrgeno. Los to-mos de cloro utilizan un orbital 3p para formar enlaces con los tomos de carbo-no. El tomo de hidrgeno utiliza su orbital 1s para formar su enlace con untomo de carbono.

    b) El tipo de enlaces, q y , presentes en la molcula y de qu orbitales at-micos proceden.

    Los dos tomos de carbono presentan hibridacin sp2. Cada uno de los tres orbi-tales sp2 del carbono-1 forma un enlace q con, respectivamente, un orbital sp2 delotro tomo de carbono y un orbital 3p de cada uno de los dos tomos de cloro.Adems, el orbital 2p (que no particip en la hibridacin) forma un enlace pi conotro orbital 2p del otro tomo de carbono. Los tres orbitales hbridos sp2 del car-bono-2 forman sendos enlaces q con un orbital sp2 del carbono-1, con un orbital3p del tercer tomo de cloro y con el orbital 1s del hidrgeno. Adems, como yase ha dicho, el orbital 2p (que no particip en la hibridacin) forma un enlace picon otro orbital 2p del otro tomo de carbono.

    Orbital 3p

    Hbrido sp2

    Hbridos sp2

  • Unidad 4. Molculas y fuerzas intermoleculares 49

    11. Explica por qu la molcula BeF2, a pesar de tener dos enlaces BeF muy po-

    larizados, es apolar.

    Como la molcula es lineal, los momentos dipolares de cada enlace se anulan entre s:

    12. Predice la polaridad de las siguientes molculas: SO2, SO

    3, CS

    2, HCN, O

    3.

    SO2: polar 5 0

    SO3: apolar 5 0

    CS2: apolar 5 0

    HCN: muy polar 0

    O3: apolar 5 0

    Los valores experimentales del momento dipolar, , confirman las predicciones: SO2

    (1,63 D), SO3(0D), CS

    2(0D), HCN (2,99 D), O

    3(0D).

    13. La molcula de CO2

    no presenta momento dipolar y, sin embargo, la de SO2,

    s. Cmo se puede justificar este aspecto cuando ambas molculas respon-den a la misma frmula molecular XO

    2?

    La molcula de CO2

    es lineal, y los fuertes momentos dipolares de cada enlace seanulan entre s. La molcula de SO

    2es angular, y los enlaces polares refuerzan su

    efecto:

    C

    = 0 0O O O O

    S

    O

    Enlaces no polares

    O

    O

    CH N

    C

    Enlaces no polares

    SS

    O O

    S

    O

    O O

    S

    F Be F

    BeF F

  • Unidad 4. Molculas y fuerzas intermoleculares50

    14. Justifica por qu el metano es una molcula apolar y, sin embargo, el cloro-metano, con la misma geometra, tetradrica, es polar.

    En el metano, los cuatro enlaces polares anulan sus efectos mutuamente. En el clo-rometano, los efectos polares se refuerzan:

    15. Elige, de cada uno de los siguientes pares de sustancias, aquella que tenga elpunto de ebullicin ms alto:

    a) Br2

    o ICl

    b) CH4

    o C2H

    6

    c) CH3F o CH

    3Cl

    a) Ambas sustancias tienen masas moleculares similares, pero el Br2

    es apolar y lasmolculas ICl son polares; por tanto, p.e. (ICl) > p.e. (Br

    2).

    b) Son molculas apolares, pero la masa molecular de C2H

    6es mayor; por tanto,

    p.e. (C2H

    6) > p.e. (CH

    4).

    c) Ambas son molculas polares, pero de distinto tamao. La diferencia de masasmoleculares, 34 frente a 50,5, hace que p.e. (CH

    3Cl) > p.e. (CH

    3F).

    16. Dadas las siguientes sustancias, NO; CCl4; C

    8H

    18:

    a) Explica el tipo de fuerza intermolecular que presenta cada una.

    b) Indica el estado de agregacin que es previsible esperar para ellas en con-diciones ambientales.

    a) Las molculas NO son pequeas, pero s algo polares: las fuerzas intermolecula-res son de Van der Waals entre dipolos permanentes.

    Las molculas CCl4y C

    8H

    18son apolares: fuerzas de dispersin o de London.

    b) Como las molculas NO son pequeas, el estado de agregacin ser gaseoso,aunque el punto de ebullicin es superior al de N

    2y O

    2, por la ligera polaridad

    de las molculas de NO.

    CCl4y C

    8H

    18son lquidos, ya que tienen masas moleculares lo suficientemente gran-

    des, 154 y 114, como para generar fuerzas de dispersin relativamente intensas.

    17. Disponemos de una sustancia que puede ser nitrgeno, N2

    o triyodometano,CHI

    3. Sabiendo que en condiciones ambientales es un slido, justifica de qu

    sustancia se trata.

    Tiene que ser CHI3. El nitrgeno, N

    2, tiene molculas pequeas y apolares, as que

    su punto de fusin es muy bajo (2210 C). El triyodometano, CHI3

    tiene molculasgrandes y polares de alto punto de fusin (1119 C).

    H

    C

    = 0

    HH

    H

    0

    Cl

    C

    HH

    H

  • Unidad 4. Molculas y fuerzas intermoleculares 51

    18. De las siguientes sustancias, cules pueden formar enlace de hidrgeno: CH4;

    CH3CH

    2OH; HBr; (CH

    3)

    3N.

    CH4: no. Carece de H unido a N, O o F.

    CH3CH

    2OH: s. Tiene H unido a O y, adems, los tomos de oxgeno presentan pa-

    res de electrones solitarios, CH3CH

    2O

    H.

    HBr: no. Carece de H apto.

    (CH3)3N: no. Carece de H apto, aunque el nitrgeno tiene electrones solitarios.