GE 5 Geometria Molecular

Transcripción

Preuniversitario Solidario
Santa María
Guía N°5, Electivo.
Geometría Molecular (hibridación).
La teoría de la hibridación y de los orbitales moleculares, sugiere una idea lógica para
comprender las interacciones atómicas, y del mismo modo, permite establecer con certeza las
disposiciones espaciales de los átomos en un sistema molecular.
Esta teoría explica la formación de nuevos orbitales a partir de los originales.
Según esta, los orbitales atómicos (s, p, d, f) se combinan, generando orbitales atómicos
hibridados. Cuando un electrón absorbe energía suficiente, es promovido a niveles de
energía superiores, permitiendo que los orbitales que contienen a los electrones de valencia se
superpongan unos con otros, generando la nueva clase de orbital.
El siguiente diagrama explica en términos sencillos la disposición de los electrones en los
átomos del grupo IV-A del sistema periódico. Así por ejemplo en el carbono se tiene que:
Se concluye que este átomo tiene la propiedad de generar 3 tipos de hibridaciones
diferentes; estas son sp3, sp2 y sp. Con los orbitales híbridos se generan los enlaces
conocidos como sigma (σ), mientras que con los orbitales atómicos “normales” se
generan los enlaces pi (π).
Teoría de hibridación.
Un enlace químico covalente se forma por la superposición de orbitales atómicos, que
contienen electrones de valencia. Para lograr esto es necesario que los orbitales atómicos se
mezclen originando nuevos orbitales denominados híbridos. Lo anterior sólo ocurre cuando los
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orbitales predecesores presenten igual energía. El número de orbitales híbridos es
siempre igual al número de orbitales atómicos originales.

Hibridación sp3:
Los orbitales híbridos sp3 se forman
por combinación de un orbital s y tres
orbitales p, generando 4 orbitales
híbridos. Cada uno de ellos puede
contener un máximo de dos electrones, por
lo que existe repulsión entre estos. Como
consecuencia de lo anterior los orbitales se
ordenan adoptando la geometría de un
tetraedro regular (mínima repulsión). El
átomo con hibridación sp3 genera 4
enlaces σ y los ángulos de enlace en
estas moléculas son 109,5º. Sin
embargo, un átomo con hibridación sp3
puede generar tres geometrías moleculares,
al utilizar sus cuatro orbitales, solo tres de
ellos, o bien dos; así las geometrías
respectivas serán: un
tetraedro, una
pirámide de base trigonal o una
molécula angular.

Hibridación sp2:
Los orbitales híbridos sp2 se forman
por combinación de un orbital s y dos
orbitales p, generando 3 orbitales
híbridos. Estos orbitales se ordenan en el
espacio en forma de triangulo (forma
plana trigonal) para evitar repulsión.
El átomo con hibridación sp2
forma 3 enlaces σ y 1 enlace π. Los
ángulos de enlace son de 120º. Un
átomo con hibridación sp2 puede usar los
tres orbitales o solo dos de estos para
generar enlaces, con lo que sus moléculas
pueden ser triangulares o angulares.
Formación de los orbitales híbridos sp3
Vista frontal y vista superior de un átomo de
carbono con hibridación sp2
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 Hibridación sp:
Los orbitales híbridos sp se forman por combinación de un orbital s y un orbital p,
generando 2 orbitales híbridos. Estos orbitales se ordenan adoptando geometría lineal para
experimentar la mínima repulsión. Los átomos con hibridación sp utilizan siempre su par de
orbitales híbridos para formar enlaces, con lo cual se generan siempre moléculas lineales,
por lo que su ángulo de enlace es 180º.
Formación de los orbitales híbridos sp2
Formación de los orbitales híbridos sp
Para entender mejor la relación que existe entre las distintas hibridaciones y la geometría
molecular utilizaremos modelos en donde se muestran trazos con un par de puntos cada uno,
que representan los orbitales con sus pares de electrones. Utilizaremos la siguiente notación
para describir la geometría molecular:
A: átomo central.
X: átomo unido al átomo central.
E: pares de electrones libres del átomo central.
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Ejercicios
1. En la molécula de urea: H2N-CO-NH2, la hibridación del átomo central C es:
A) sp.
B) sp2.
C) sp3.
D) sp3d.
E) sp3d2.
2. El ángulo de enlace existente entre los átomos que conforman la molécula de CO2 debe ser:
A) 120º.
B) 90º.
C) 104,5º.
D) 109,5º.
E) 180º.
3. Si 3 moléculas desconocidas presentan respectivamente ángulos de enlace de 109,5º;
104,5º y 120º, entonces las correspondientes geometrías moleculares serán:
A) angular; tetraédrica y lineal.
B) tetraédrica; angular y trigonal.
C) trigonal; piramidal y angular.
D) tetraédrica; angular y lineal.
E) piramidal; trigonal y angular.
4. En el acetileno C2H2, la hibridación de cualquiera de sus carbonos es:
A) sp.
B) sp2.
C) sp3.
D) sp3d.
E) sp3d2.
5. Es (son) moléculas hidrofílicas (polares):
I)
II)
III)
H2CO3
K2C2O4
CH3OH
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A) Solo I.
B) Solo II.
C) I y II.
D) II y III.
E) I, II y III.
6. Si una molécula es polar entonces SIEMPRE se cumple que:
I)
II)
III)
es hidrofílica.
tienen geometría piramidal
presentan momento dipolar resultante
La(s) única(s) proposición(es) falsa(s) es(son):
A) Solo I.
B) Solo II.
C) I y II.
D) II y III.
E) I, II y III.
7. Son apolares las moléculas:
I) ClF3
II) NH3
III) C2H4
IV) CS2
A) I y II.
B) I y III.
C) II y III.
D) II y IV.
E) III y IV.
8. Analizando la estructura del metanal, se concluye correctamente que:
:O:
C
H
I)
II)
III)
H
presenta 3 enlaces de tipo covalente.
el carbono presenta hibridación sp3.
es soluble en agua
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A) Solo I.
B) Solo II.
C) I y III.
D) II y III.
E) I, II y III.
9. ¿Cuál(es) de las siguientes moléculas es (son) lineal(es)? H2S, CO2, O3
A) Sólo H2S
B) Sólo CO2
C) Sólo O3
D) Sólo CO2y O3
E) H2S, CO2y O3
10. ¿Cuál es la geometría molecular del trifluoruro de boro (BF3)?
FORMA GEOMÉTRICA ÁNGULOS
A) lineal
B) triangular plana
C) tetraédrica
D) piramidal
E) angular
180
120
109
107
90
11. De acuerdo a la estructura molecular de la propanona, ¿cómo son comparativamente los
ángulos a, b y c?
A) a > b > c
B) a = b = c
C) a > c = b
D) a = c < b
E) a < b < c
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12. Los siguientes compuestos orgánicos tienen la misma fórmula global:
I) todos los átomos de enlace son cercanos a 120º
II) la molécula 1 es polar y la molécula 2 es apolar
III) la molécula 1 es apolar y la molécula 2 es polar
Es(son) correcta(s):
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E ) l, II y II
13. La molécula de dióxido de azufre (SO2) es polar porque:
I) es angular.
II) las electronegatividad del azufre y del oxigeno son distintas.
III) tienen un déficit de electrones de valencia en sus átomos.
Es(son) correcta(s)
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E ) l, II y III
14. ¿Cuál es la geometría de la molécula CF4? (Valores de Z: C=6, F=9).
A) lineal
B) triangular plana
C) tetraédrica
D) piramidal
E) angular
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15. ¿Qué orbitales atómicos están involucrados en la hibridación sp3 del C?
A) Los del mismo subnivel p de diferentes átomos de C.
B) Los del mismo subnivel p de un solo átomo de C.
C) Los de subniveles, s y p, de diferentes átomos de C.
D) Los de subniveles s y p de un mismo nivel de un átomo C.
E) Los de diferentes niveles de un mismo átomo C.
16. ¿Cuál hibridación del B explica el enlace en la molécula BF3?
A) s2p
B) sp2
C) p3
D) spd
E) sp3
17. ¿Cómo debe ser, según el modelo de repulsión, el ángulo FOF en la molécula de difluoruro
de oxígeno, OF2? Z(O)=8; Z(F)=9.
A) Exactamente 90º.
B) Menor que 109,5º pero mayor que 90º.
C) Exactamente 109,5º.
D) Mayor que 109,5º pero menor que 180º.
E) Exactamente 180º.
18. La estructura de Lewis para el compuesto K2S será:
A)
B)
C)
D)
E)
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