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Tarea 3 - Enlace químico y estructura molecular Estudiantes Andrea Arteaga Llorente Gustavo Adolfo Betancourt Shirly Jiménez Zapa Daniel Eduardo Rojas Pulido Grupo: 11 Docente Dolffi Rodríguez Campos Curso 401582 – Estructura Molecular Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD 2023 Introducción En el presente documento se pasará a desarrollar la primera actividad del curso 401582 – Estructura Molecular consistente en dos ejercicios que son: Ejercicio 1: realizar un glosario de términos con base en lo consultado y Ejercicio 2: con base en el glosario realizado, crear un mapa conceptual donde relacione y explique claramente los conceptos asociados a la estructura molecular. Ejercicio 1: Enlace químico, estructuras de Lewis y regla del octeto En los siguientes ejercicios que se proponen se pretende identificar las características principales relacionadas con enlace químico, estructuras de Lewis y regla del octeto a través de la realización de un mapa conceptual y ejercicios aplicados al análisis estructural de moléculas. Ejercicio 1.1: A continuación, se encuentran una serie de conceptos relacionados con los temas de la unidad 2. ✓ Enlace covalente. ✓ Enlace iónico. ✓ Enlace metálico. ✓ Electrones de valencia. ✓ Electronegatividad. ✓ Número de oxidación. ✓ Regla del octeto. ✓ Estructura de Lewis. ✓ Orbital molecular. ✓ Electrones enlazantes ✓ Electrones antienlazantes El grupo deberá crear un mapa conceptual donde relacione, explique y presente ejemplos para los conceptos enunciados anteriormente. Mapa Conceptual 1 – Conceptos Fundamentales https://www.canva.com/design/DAFyLXVZ4sw/AYjXHZIf3XS2vuHi_fxYBQ/edit?utm_conten t=DAFyLXVZ4sw&utm_campaign=designshare&utm_medium=link2&utm_source=sharebutto n https://www.canva.com/design/DAFyLXVZ4sw/AYjXHZIf3XS2vuHi_fxYBQ/edit?utm_content=DAFyLXVZ4sw&utm_campaign=designshare&utm_medium=link2&utm_source=sharebutton https://www.canva.com/design/DAFyLXVZ4sw/AYjXHZIf3XS2vuHi_fxYBQ/edit?utm_content=DAFyLXVZ4sw&utm_campaign=designshare&utm_medium=link2&utm_source=sharebutton https://www.canva.com/design/DAFyLXVZ4sw/AYjXHZIf3XS2vuHi_fxYBQ/edit?utm_content=DAFyLXVZ4sw&utm_campaign=designshare&utm_medium=link2&utm_source=sharebutton Ejercicio 1.2: Cada uno de los estudiantes del grupo seleccionará una molécula de las que se presentan a continuación e informará su selección en el foro para evitar repeticiones: 1. Perclorato de potasio, 2. Nitrato de potasio, 3. Sulfato de cobre, 4. Fosfato de sodio, 5. Cromato de potasio. Tabla 1. Enlace químico, estructuras de Lewis y regla del octeto 1. Nombr e del estudiante 2. Fórmu la química 3. Elementos que conforman la molécula 4. Estado de oxidación del elemento en el compuesto 5. Electrones de valencia 6. Estructu ra de Lewis del compuesto 7. Cumple regla del octeto para los elementos que conforman la molécula 8. Tipos de enlaces Gustavo Adolfo Betancou rt 𝐾𝐶𝑙𝑂4 K = Potasio Cl = Cloro O = Oxígeno 𝐾 = 1 𝐶𝑙 = 7 𝑂 = 6 K=No Cumple. Cl=No Cumple O=Cumple Enlace iónico: se da entre los átomos de potasio y oxígeno. Enlace covalente parcial: Este se da entre el átomo de Cloro y los átomos de oxígeno, esto quiere decir que el cloro comparte los electrones con el oxígeno de manera parcial. Andrea Arteaga 𝐾𝑁𝑂3 𝑁 = 𝑛𝑖𝑡𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑜 𝐾 = 𝑝𝑜𝑡𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑂 = 𝑜𝑥𝑖𝑔𝑒𝑛𝑜 𝐾 = 1 𝑁 = 5 𝑂 = 6 𝐾 = 𝑁𝑜 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎 𝑁 = 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎 𝑂 = 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎 ∆𝐸𝐾−𝑁 = 3,0 − 0.8 = 2.2 𝐸𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒 𝑖ó𝑛𝑖𝑐𝑜: 𝐾 − 𝑁 ∆𝐸𝑁−𝑂 = 3.5 − 3.0 = 0.5 𝐸𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒 𝑐𝑜𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟: (𝑁 𝑦 𝑂) Shirly Jimenez 𝑁𝑎3𝑃𝑂4 𝑁𝑎 𝑁𝑎 = 1 𝑁𝑎 = 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑁𝑎 = 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎 Enlace iónico: el Na forma enlace iónico con el P y con el O. Enlace covalente: El P forma enlace covalente con el O 𝑃 𝑃 = 5 𝑃 = 5 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑃 = 𝑛𝑜 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎 𝑂 𝑂 = −2 𝑂 = 6 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑂 = 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎 DANIEL EDUARD O ROJAS PULIDO 𝐾2𝐶𝑟𝑂4 K=Potasio. Cr=Cromo O=Oxigeno 𝐾 = 1 𝐶𝑟 = 6 𝑂 = 6 K=No Cumple. Cr=No Cumple O=Cumple Enlace iónico: se da entre los átomos de potasio y oxígeno. Enlace covalente parcial: Este se da entre el átomo de Cromo y los átomos de oxígeno, esto quiere decir que el cromo comparte los electrones con el oxígeno de manera parcial. Ejercicio 2: Geometría molecular Con el presente ejercicio se pretende identificar la geometría molecular, electrones libres y enlazantes, distribución de los pares electrónicos y total de pares de electrones para moléculas empleadas en la industria. Cada uno de los integrantes del grupo seleccionará una molécula de las que se presentan a continuación e informará su selección en el foro para evitar repeticiones: 1. Hidróxido de zinc 2. Hidróxido cúprico 3. Hidróxido de Cobalto 4. Hidróxido de Cadmio 5. Hidróxido de Amonio Tabla 1. Geometría molecular, electrones enlazantes y libres 1. No mbre del estudiante 2. Fór mula 3. Nomenclatura Tradicional 4. Número total de pares de electrones para el átomo central del compuesto 5. Número de pares de electrones enlazantes para el átomo central del compuesto 6. Númer o de pares de electrones libres para el átomo central del compuesto 7. Gráfica distribución de los pares de electrones 8. Nombr e de la geometría molecular Gustavo Adolfo Betanco urt 𝑁𝐻4𝑂𝐻 Hidróxido amónico N=4 N=4 N=1 Tetraédric a: debido a que los átomos de hidrogeno y el átomo de oxígeno se ubican alrededor del átomo de nitrógeno. Andrea Arteaga 𝐶𝑢(𝑂𝐻)2 ℎ𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑐ú𝑝𝑟𝑖𝑐𝑜 𝐶𝑢 = 2 𝐶𝑢 = 2 𝐶𝑢 = 0 Linear Shirly Jimenez 𝐶𝑜(𝑂𝐻)2 Hidróxido cobaltoso 𝐶𝑜 = 2 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝐶𝑜 = 2 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝐶𝑜 = 0 linear DANIEL EDUARD O ROJAS PULIDO 𝐶𝑑(𝑂𝐻)2 Hidróxido cádmico Cd = 24 Cd = 2 Cd = 22 Linear Ejercicio 3. Teoría de enlace de valencia y teoría del orbital molecular Los ejercicios por desarrollar pretenden realizar un análisis comparativo entre las teorías de Lewis, orbital molecular y de enlace de valencia; al igual que establecer las características para la configuración de orbitales moleculares en algunas moléculas. Ejercicio 3.1 Para el desarrollo de este ejercicio se recomienda revisar las referencias bibliográficas propuestas para la unidad 2. Tabla 3. Teoría de enlace de valencia y teoría del orbital molecular 1. Nombre de la teoría de enlace. 2. Fecha de postulación de la teoría de enlace. 3. Investigadores que propusieron la teoría. 4. Principios de cada teoría. 5. Electrones que se utilizan para la teoría de enlace. 6. Limitaciones de la teoría de enlace 7. Propiedades físicas y químicas que se pueden determinar a partir de la teoría de enlace 8. Aspectos adicionales que los estudiantes consideren importantes comparar. Teoría de Lewis 1916 Gilbert N. Lewis, Irving Langmuir, Walter Kossel Proporcionó una comprensión fundamental de cómo los átomos se combinan para formar enlaces químicos y cómo se representan los enlaces covalentes utilizando pares de electrones compartidos y no compartidosse utilizan los electrones en la última capa de valencia de los átomos La teoría de Lewis tiene limitaciones importantes, ya que no puede explicar completamente la polaridad de las moléculas, no aborda la estructura tridimensional de las moléculas, no considera la teoría de la resonancia en casos de múltiples estructuras equivalentes, no explica interacciones La teoría de Lewis puede ayudar a predecir las propiedades químicas, como la capacidad para formar enlaces covalentes o iónicos, y las propiedades físicas, como la solubilidad en agua o el punto de fusión, de compuestos químicos. Además, proporciona La teoría de Lewis es conocida por su simplicidad y facilidad de uso, lo que la hace valiosa en la enseñanza introductoria de la química. Sin embargo, otras teorías más avanzadas, como la teoría de orbitales moleculares más débiles y tiene limitaciones en compuestos de metales de transición debido a la complejidad de las estructuras de coordinación y la variabilidad en los estados de oxidación de los metales. información sobre la estructura de las moléculas y cómo los átomos se organizan en ellas, lo que influye en propiedades como la polaridad y la geometría molecular. La teoría de Lewis permite predecir y explicar una amplia gama de propiedades químicas y físicas de compuestos y moléculas. moleculares y la teoría de enlace de valencia, ofrecen una descripción más completa de los enlaces químicos, pero también son más complejas. Teoría de orbital molecular Década de 1930 Friedrich Hund Robert Mulliken John C. Slater John Lennard- Jones Los electrones en 8una molécula no se encuentran confinados a orbitas alrededor de un átomo individual, estas por el contrario se extienden por toda la molécula, se apoya en la combinación lineal de funciones de onda atómicas para formar funciones de onda moleculares. Los electrones que ocupan las órbitas moleculares y se comparten entre los átomos involucrados en el enlace, formando una nube electrónica que se extiende por toda la molécula. La teoría de órbita molecular es altamente efectiva para predecir las estructuras moleculares y las propiedades de muchas moléculas, pero puede volverse matemáticamente complicada a medida que se consideran moléculas más grandes y complejas. También tiene dificultades en describir con precisión algunas propiedades magnéticas y puede requerir aproximaciones. Propiedades físicas: Estructura molecular. Proporcionando información sobre la distribución de electrones y permitiendo predecir su estructura tridimensional. Energía de enlace. Permite calcular la energía de enlace, información crucial para entender la estabilidad y reactividad de una molécula. La teoría de órbita molecular ha sido esencial para comprender y predecir las propiedades de una amplia variedad de compuestos químicos y ha tenido un impacto significativo en la investigación y la industria química. Polaridad molecular. Ayuda a saber si una molécula es o no polar. Conductividad eléctrica. Se conoce si es o no conductiva una molécula. Propiedades magnéticas. Ayuda a determinar si una molécula es paramagnética o diamagnética. Resonancia. Información importante para entender la estabilidad y propiedades químicas de la molécula. Teoría de enlace de valencia 1927 y 1933 Walter Heitler y Fritz London Linus Pauling Se basa en el solapamiento de los orbitales atómicos de la capa de valencia para formar enlaces covalentes. La TEV considera que la fuerza de un enlace depende de la distribución angular de las funciones orbitales involucradas la TEV utiliza los electrones de valencia para explicar la formación de enlaces químicos. Falta de explicación de la tetravalencia exhibida por el carbono, la falta de información sobre las energías de los electrones, la suposición de que los electrones están localizados en áreas específicas, la falta de una interpretación cuantitativa de las estabilidades termodinámicas o cinéticas de los La teoría del enlace de valencia (TEV) puede ayudar a determinar algunas propiedades físicas y químicas de los compuestos, como la dirección de los enlaces, la geometría molecular, la estabilidad termodinámica y cinética de los compuestos de coordinación, y la Es importante considerar que la TEV se basa en las valencias atómicas y el solapamiento de los orbitales atómicos para formar enlaces covalentes. La TEV también se ha desarrollado a lo largo del tiempo, y ha sido criticada y explica la geometría y el magnetismo de los compuestos de coordinación. compuestos de coordinación reorganización de la carga electrónica durante una reacción química y mejorada por otros científicos. La TEV es una teoría útil para explicar la formación de enlaces químicos, pero tiene algunas limitaciones en su capacidad para explicar ciertos aspectos de la química. Ejercicio 3.2: Teniendo en cuenta el ejemplo que se presenta en la figura 1, elaborar el diagrama de niveles de energía para los orbitales moleculares del F2 a partir de esta información indicar: A. Orden de enlace B. Número de electrones enlazantes y antienlazantes C. Configuración electrónica de la molécula D. Explicar si la molécula es diamagnética o paramagnética A. Orden de enlace 𝑂. 𝐸 = (𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒) − (𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑒𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒) 2 6𝑒− − 4𝑒− 2 = 1 B. Número de electrones enlazantes y antienlazantes 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 6 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑒𝑛𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 4 C. Configuración electrónica de la molécula 𝑍 = 9 1𝑠2 2𝑠2 2𝑝5 D. Explicar si la molécula es diamagnética o paramagnética La molécula es paramagnética debido a que todo los orbitales moleculares no están completos (existen electrones desapareados), esto significa que, frente a un campo magnético, la molécula se ve atraída por el campo magnético. Ejercicio 4. Tipos y fuerzas en el enlace. Los ejercicios que se presentan a continuación están encaminados a identificar los tipos de enlace, fuerzas intermoleculares, propiedades físicas, geometría de moléculas, energías de enlace y longitud de enlace. Para el desarrollo del ejercicio, el grupo debe distribuirse los compuestos que aparecen a continuación: 1. Ácido fosfórico 2. Ácido carbónico 3. Hidróxido de aluminio 4. Hidróxido de estroncio 5. Clorato cúprico Tabla 4. Tipos de enlace, fuerzas intermoleculares, propiedades físicas y geométricas de moléculas 1. Nombre del estudiante 2. Fórmula del Compuesto 3. Nombre Según nomenclatura tradicional 4. Tipos de enlaces 5. Fuerz as intermolecular es 6. Solubilidad en agua 7. Punto de fusión 8. Geomet ría molecular Andrea Arteaga 𝐻3𝑃𝑂4 Ácido Fosfórico Enlace covalente no polar dipolo- dipolo 0.42 𝑎 0.51 𝑔/𝑚𝑙. 42.35 °𝐶 tetraédrica Shirly Jiménez 𝐻2𝐶𝑂3 Acido carbónico Enlace covalente, enlace covalente doble y enlace covalente polar Enlaces de hidrogeno , fuerza dipolo- dipolo y fuerza de dispersión de London A temperatura de 25°C y presión de 1atm la solubilidad está en el rango de 0,2g/100ml de agua. -273,15°C Trigonal plana. DANIEL EDUARDO ROJAS PULIDO 𝑆𝑟(𝑂𝐻)2 Hidróxido estroncico iónicos Ion- dipolo Octahidratad o: 0,91 gramos por 100 mililitros a 0°C Anhidra: 0,41 gramos por 535° C (995° F u 808 K) Tetrahedr al cada 100 mililitros a 0°C Gustavo Adolfo Betancourt 𝐶𝑢(𝐶𝑙𝑂3)2 Clorato cúprico Iónicos: entre los iones de cobre y los cloratos. Covalentes : Para cada clorato se presentan enlaces covalentes entre los oxígenos y el cloro. Ion- dipolo 75,7 𝑔/100 𝑚𝐿 (a 25 °C) 771 𝐾 (498 °𝐶) Octaédrica Conclusiones La importancia de la capacitación en Estructura Molecular ha alcanzado un pico de necesidad que parece no descender gracias a la cuarta revolución industrial y la transformación tecnológica que piden las empresas, hoy en día es de suma importancia nunca parar de aprender, la tecnología en estos días avanza a un ritmo tan frenético que desde ya debemos prepararnos para el futuro como personas y profesionales, de esta manera podremos competir en el mercado laboral y aportar a la sociedad nuestras capacidades y como personas ayudar a construir una mejor sociedad. Referencias Chang, R. Goldsby, K. (2013). Química. (12a. ed.). (pp. 369-389; 413-434; 443-454). México, D.F: McGraw-Hill Interamericana. Biblioteca Virtual UNAD https://www-ebooks7-24- com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=10863&pg=397 Doña, R. J. et al. (2014). Química. (pp. 67-75) ES: Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Servicio de Publicaciones y Difusión Científica. Biblioteca Virtual UNAD https://elibro- net.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/57204?page=68 Gallego, P. A., Garcinuño, M., Morcillo, O. (2018). Química Básica. (pp. 381- 405) Madrid, España: UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. Biblioteca Virtual UNAD https://elibro- net.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/48699?page=38 Ferrando, A. Enlace químico. (2012). [video], https://www.youtube.com/watch?v=gedPzW0sANA OpenStax. (2022). 8.1 Teoría de enlace de valencia - Química 2ed. Recuperado el 25 de octubre de 2023, de https://openstax.org/books/qu%C3%ADmica-2ed/pages/8-1-teoria-de- enlace-de-valencia Quimitube. (2012). Enlace covalente: Modelo del Enlace de valencia. 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Geometría molecular: definición y ejemplos. Recuperado el 25 de octubre de 2023, de https://www.unprofesor.com/quimica/geometria- molecular-definicion-y-ejemplos-4558.html Quimiclan. Geometría molecular: todas las formas moleculares. Recuperado el 25 de octubre de 2023, de https://www.quimiclan.com/geometria- molecular/ https://www.unprofesor.com/quimica/geometria-molecular-definicion-y-ejemplos-4558.html https://www.unprofesor.com/quimica/geometria-molecular-definicion-y-ejemplos-4558.html https://www.quimiclan.com/geometria-molecular/ https://www.quimiclan.com/geometria-molecular/
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