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1 1 ENLACE QUÍMICO II Pre – Universitario 2021-2 6 2 Es la combinación de orbitales atómicos de valencia (s, p) de un átomo central, que genera tantos orbitales híbridos (sp, sp2, sp3,etc) como orbitales atómicos se combinaron. Estos orbitales híbridos, que pertenecen a un cierto elemento químico, se orientan alrededor del átomo central adquiriendo una configuración espacial estable. Los orbitales híbridos presentan la misma energía, y se les denomina “orbitales degenerados”. HIBRIDACIÓN: sp, sp2, sp3 3 Hibridación sp3 Átomo en estado basal Átomo en estado excitado E n er g ía Se combinan orbitales puros (s+p+p+p) 4 orbitales híbridos 4 Hibridación sp2 Átomo en estado basal Átomo en estado excitado E n er g ía Se combinan orbitales puros (s+p+p) 3 orbitales híbridos Orbital “p” puro 5 Hibridación sp Átomo en estado basal Átomo en estado excitado E n er g ía Se combinan orbitales puros (s+p) 2 orbitales híbridos 2 orbitales “p” puros 6 6 PROBLEMA 1 ¿En relación a la especie AlCl4 − determine a las siguientes proposiciones como verdaderas(V) o falsas (F): I. El ion sólo presenta enlaces sigma y la hibridación del aluminio es sp3 II. El aluminio no cumple con el octeto. III. Debido a la carga negativa, es posible que exista resonancia. A) VVV B) VVF C) VFF D)FFV E) FFF Respuesta: C 7 Respuesta: B PROBLEMA 2 El ácido clórico tiene la fórmula HClO3, luego de desarrollar la estructura de Lewis para dicho ácido, considerando que el átomo central cumple con el octeto, indique qué proposiciones son verdaderas (V) o falsas ( F ), según corresponda. I. El átomo central presenta hibridación sp3 II. La molécula presenta resonancia. III. La molécula presenta 4 enlaces simples. A)VVV B)VFV C) VFF D) FVV E) VVF 8 La hibridación de una molécula está relacionada con la geometría molecular. 9 Geometría Molecular 10 MOLÉCULAS SIN PARES LIBRES O NO ENLAZANTES EN EL ÁTOMO CENTRAL. Molécula Geometría molecular Estructura de Lewis Pares electrónicos 11 MOLÉCULAS CON PARES LIBRES EN EL ÁTOMO CENTRAL PE: PAR ENLAZANTE PS: PAR SOLITARIO O PAR LIBRE P = PE + PS 12 12 PROBLEMA 3 En relación a la molécula SiH4, indique si las proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F): I. El átomo central tiene hibridación sp2 II. Su geometría molecular es tetraédrica. III. El átomo central forma ángulos H-Si-H de 109,5°. A)VVV B)VFF C) VFV D) FVV E) VVF Respuesta: D 13 POLARIDAD MOLECULAR ¿Por qué el aceite no se disuelve en el agua? Rp: El agua y el aceite no son afines. ACEITE AGUA (Apolar) (Polar) APOLAR POLAR SIN CAMPO ELÉCTRICO CON CAMPO ELÉCTRICO 14 I. Moléculas Polares Son aquellas moléculas cuya geometría molecular es asimétrica, por lo cual se genera un dipolo eléctrico cuyo momento dipolar resultante es mayor a cero dirigido desde el polo positivo hacia el polo negativo. Presentan una distribución desigual de la carga eléctrica debido a la diferencia de electronegatividades, los electrones no enlazantes y la geometría molecular. Moléculas diatómicas A mayor ▲EN, mayor polaridad de enlace (molécula). 15 POLARIDAD MOLECULAR La polaridad resultante en una molécula se debe a la suma vectorial de los momentos dipolares de enlace y/o de los pares libres. Moléculas poliatómicas 16 NH3 NF3 La magnitud de la polaridad molecular depende del momento dipolar resultante. 17 II. Moléculas no polares o apolares Son moléculas cuya geometría molecular es simétrica que presentan un momento dipolar resultante igual a cero, ya sea que sus enlaces sean polares o no polares. o porque la suma de sus vectores m de sus enlaces polares, se anulan vectorialmente debido a su geometría molecular. m = 0 m = 0 18 POLARIDAD MOLECULAR Se analiza el átomo central de la molécula y sus enlaces. 1) Por lo general, si el átomo central tiene pares libres, la molécula es polar. 2) Si el átomo central no tiene pares libres y está rodeado de átomos iguales, la molécula es apolar. 3) Si el átomo central no tiene pares libres y está rodeado de átomos diferentes, la molécula es polar. 4) Las moléculas diatómicas (X2) son apolares. 5) Las moléculas diatómicas (XY) son polares. REGLA PRÁCTICA POLAR POLAR APOLAR POLAR ¿POLAR o APOLAR? 19 PROBLEMA 4 Teniendo en cuenta las siguientes moléculas: HCN, C2H2, BeCℓ2, indique qué proposiciones son correctas. I. Todos los átomos centrales tienen hibridización sp. II. Todas las moléculas son no polares. III. El ángulo entre sus orbitales híbridos es 180°. A) I, II B) I, III C) II, III D) Solo II E) Solo I Respuesta: B 20 PROBLEMA 5 Considerando las moléculas: O3, NO2, SO2 , indique la(s) proposición(es) incorrecta(s). I. El átomo central de cada molécula tienen hibridación sp2. II. Todas las moléculas son polares. III. En las tres moléculas los ángulos entre los orbitales híbridos del “átomo central” es 120°. A) Solo I B) solo II C) solo III D) I, II E) I, II, III Respuesta: E 21 PROPIEDADES GENERALES DE SUSTANCIAS MOLECULARES. • Están formadas por moléculas discretas de mayor o menor tamaño, siendo su estado de agregación natural sólido, líquido o gaseoso. Ej: • Al estado sólido son blandos, frágiles y son opacos. • Presentan bajas temperaturas de fusión y de ebullición ( por lo general menor a 400 °C). • Las sustancias polares son solubles en solventes polares y las sustancias apolares son solubles en solventes apolares. • No conducen la corriente eléctrica en ninguno de sus estados físicos ni cuando están en solución. azúcar agua Dióxido de nitrógeno 22 PROBLEMA 6 Se tiene la sustancia química RQ3 , con electronegatividades de sus elementos componentes respectivos: 2,0 y 3,0. Algunas de las propiedades del compuesto mencionado son: temperatura de fusión -- - 107,3°C; y ebulle a 12,6°C . No conduce la electricidad en estado fundido ni cuando está en solución . Según ésta información determina la alternativa INCORRECTA. A) Se puede deducir que es una sustancia covalente. B) Como la diferencia de electronegatividades es 1,0 los enlaces son covalentes polares. C) Según las propiedades, sus unidades estructurales son moléculas. D) Su geometría molecular es trigonal planar. E) Es una sustancia soluble en agua pero insoluble en CCl4 Respuesta: E 23 ENLACE METÁLICO Modelo del mar de electrones : Los e- de valencia se desprenden de los átomos metálicos, creando una estructura basada en cationes inmersos en una gran cantidad de e- que pueden moverse libremente por toda la estructura metálica. ➢Este modelo se aplica a los metales ( Au, Ag, Fe, Hg). ➢Este modelo explica las propiedades mecánicas de los metales como maleabilidad, ductibilidad, dureza, etc, además explica la conductividad eléctrica, térmica y el brillo. 24 1) A condiciones ambientales la mayoría son sólidos, con puntos de fusión de moderados a altos y puntos de ebullición mucho más elevados. 2) Tienen dureza variable, las cuales son bajas (alcalinos) moderadas y altas (como el iridio, manganeso) 3) Por lo general tienen una alta tenacidad. 4) Muchos pueden formar láminas delgadas (maleables) o estirarse para formar alambres (dúctiles) 5) Poseen brillo metálico. 6) Son buenos conductores eléctricos y térmicos, en ambos estados sólido y líquido. 7) No reaccionan frente al agua, a excepción de los metales alcalinos. PROPIEDADES 25 Enlace metálico El extrañamente bajo punto de fusión del Galio. Su punto de fusión (29.8°C) está por debajo de la temperatura corporal, pero ebulle a 2403°C El metal es conductor de la corriente eléctrica debido a la movilidad de los e- de valencia. También es un buen conductor del calor porque los e- móviles pueden llevar energía cinética adicional por todo el metal Puntos de fusión y ebullición de algunos metales 26 Enlace metálico Cuando se deforma un cristal metálico, no se rompen enlaces localizados.En vez de ello, el mar de electrones sólo se ajusta a la nueva distribución de cationes y la energía de la estructura deformada es parecida a la de la original. Así, la energía necesaria para deformar un metal como el sodio es relativamente pequeña. La energía para deformar un metal de transición como el hierro es mayor, porque el hierro tiene más electrones de valencia (4 3 ), por lo cual el “pegamento s d 2 6 electrostático” es más denso. cationes plata La fuerza aplicada desplaza las capas de cristal Los electrones de valencia se mueven a través del metal, forman enlaces deslocalizados con los iones positivos No cambia la atracción entre las capas. El metal cambia de forma sin romperse 27 PROBLEMA 7 27 Indique la alternativa que explica la conductividad eléctrica de los metales. A) La ruptura de enlace iónicos B) La ruptura de enlaces covalentes C) La existencia de protones libres D) La existencia de electrones libres E) La existencia de neutrones libres ( D) 28 FUERZAS INTERMOLECULARES Son las fuerzas del tipo electrostáticas que mantienen unidas a las moléculas en los estados condensados de la materia (sólido y líquido). Su intensidad depende de la masa molecular, tamaño molecular y la polaridad molecular. Permiten explicar las propiedades físicas de las sustancias moleculares. 29 CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS INTERMOLECULARES EN LAS SUSTANCIAS PURAS. 30 FUERZAS DE LONDON Se produce por la generación de dipolos instantáneos o temporales, y éstos inducen nuevos dipolos ( dipolos inducidos ). Son fuerzas que se presentan entre todo tipo de moléculas, ya sean polares o apolares. Entre moléculas apolares la única fuerza que existe es la de London. A mayor masa molecular, mayor fuerza de London y mayor temperatura de ebullición (Tb) Dipolo instantáneo Dipolo instantáneo Dipolo inducido 31 Fuerza de London : F2 < Cl2 < Br2 Masa Molecular F2 < Cl2 < Br2 Temperatura de ebullición : F2 < Cl2 < Br2 Para hidrocarburos de la misma molecular: 32 32 PROBLEMA 8 Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.Las fuerzas de dispersión de London se establecen entre todo tipo de moléculas, sean polares o apolares. II. Los gases nobles pueden licuarse debido a las fuerzas de London. III. Las fuerzas de London en moléculas no polares se deben a la formación de momentos dipolares instantáneos y momentos dipolares inducidos en moléculas vecinas. A) VVF B) FVF C) FVV D) VFV E) VVV ( E ) 33 33 PROBLEMA 9 ¿Cuál de los siguientes gases presenta la fuerza de London más intensa? A) Ne B) He C) Kr D) Rn E) Xe ( D ) 34 Fuerzas o interacciones dipolo – dipolo ( D – D) También se llama fuerza de Keesom. Es una fuerza eléctrica que se produce por las cargas parciales opuestas de los dipolos permanentes que une a las moléculas polares. Molécula polar 35 Sustancia Masa molar (g/mol) Momento dipolar (D) Temperatura de ebullición (K) C3H8 44 0,1 231 CH3 – O– CH3 46 1,3 248 CH3 – Cl 50 2,0 249 CH3 – CHO 44 2,7 294 Por lo general cuando las masas molares son cercanas, la sustancia de mayor momento dipolar(mayor polaridad) presenta mayor temperatura de ebullición 36 INTERACCIÓN POR PUENTES DE HIDRÓGENO Es una fuerza eléctrica que se establece entre moléculas polares que presentan enlaces: H – F H – O H - N Es una fuerza de atracción muy intensa que genera asociaciones intermoleculares lo cual incrementa algunas propiedades como la temperatura de ebullición, viscosidad, etc. Ejemplo Fluoruro de hidrógeno (HF) 37 Agua (H2O) 38 39 Observación Generalmente se cumple la siguiente relación entre las intensidades de las fuerzas intermoleculares, en moléculas de baja masa molecular (menor a 200 u) Puente de Hidrógeno > Dipolo – Dipolo > Fuerza de London Ejemplo Puente de Hidrógeno Dipolo - Dipolo Fuerza de London ( Tb = 100 °C) (Tb = - 85,5 °C) (Tb = - 252,2 °C) 40 Dadas las siguientes sustancias I. n-Hexano : C6H14 II. Etanol : C2H5OH III. Amoniaco : NH3 Determine aquellas que serán solubles en agua. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I y II E) II y III PROBLEMA 10 ( E ) 41 41 PROBLEMA 11 Prediga que sustancia tendría la mayor temperatura de ebullición A) HF B) HCl C) HBr D) HI E) H2 ( A ) 42 42 PROBLEMA 12 Identifique la molécula que presente geometría piramidal y a la vez interacción puente de hidrógeno como su interacción molecular predominante. Dato: Z: H=1, C=6, N=7, O=8, F=9 A) CH3OH B) H2O C) NH3 D) NF3 E) HCN (C) 43 43 PROBLEMA 13 Respecto a las moléculas CH3CH2OH y H2O, identifique las proposiciones verdaderas (V) o falsas (F) : I. El CH3CH2OH es un líquido asociado II. El H2O presenta un alto punto de ebullición debido a los puentes de hidrógeno III. Las 2 sustancias son miscibles entre sí formando una mezcla homogénea. A) VVV B) VFV C) FVV D) FVF E) FFF ( A)
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