1.-a) Justifique la geometría de las siguientes moléculas covalentes a partir del modelo de repulsión de pares
Electrónicos: (0.4 ptos c/u)
A1) BeF2
A2) BCl3
A3) CCl4
Datos: Be (Z = 4); F (Z = 9); B (Z = 5); Cl (Z = 17); C (Z = 6)
B) Justifique si es posible o no que existan electrones con los siguientes números cuánticos:
(3, –1, 1, –½); b) (3, 2, 0, ½); c) (2, 1, 2, ½); d) (1, 1, 0, –½) (0.2 ptos c/u)
2.– Justifica la geometría de las siguientes moléculas covalentes de acuerdo con la teoría de la repulsión entre los pares de electrones de la capa de Valencia (TRPECV):
A) Bromuro de berilio (Dibromuro de berilio)
B) Cloruro de aluminio (Tricloruro de aluminio)
C) Cloruro de silicio (IV) (Tetracloruro de silicio)
D) Amoniaco (Trihidruro de nitrógeno)
Datos: Br(Z=35); Be (Z=4); Cl(Z=17); Al(Z=13); Si (Z=14); N( Z=7); H(Z=1)
Solución
a) En el BeBr2 el de Be tiene dos electrones en la capa mas externa (1s2 2s2) y comparte uno con cada átomo de Cl que posee cinco siete electrones en la capa mas externa (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5) y de esta forma se establecen dos enlace
Be – Br, (dos pares electrónicos de enlace con átomos de Br), por lo que según la teoría de repulsión de pares electrónicos, estos se situaran lo mas alejados posible entre si, es decir,
formando un ángulo de 180o, con lo que la geometría de la molécula será lineal.
Si hacemos uso de la teoría de la hibridación, el Be dispone de dos electrones en su capa de Valencia, uno de los cuales desaparea a un orbital 2p, por lo que formara dos orbitales híbridos sp determinando que se distribuyen según ángulos de 180o determinando una geometría lineal.
b) En el AlCl3 el Al tiene tres electrones en la capa mas externa (1s2 2s2 2p6 3s2 3p1), compartirá cada uno de ellos con un átomo de cloro que tiene siete electrones en la capa mas externa (1s 2 2s2 2p6 3s2 3p5) formando tres enlaces covalente (tres pares electrónicos de enlace) que se situaran con un ángulo de 120o con lo que la molécula sera triangular plana con el átomo de Al en el centro y los de Cl en los vértices. Según la teoría de la hibridación el Al al disponer de tres electrones en la capa de Valencia hará uso de un orbital s y dos p formando orbitales híbridos sp2 los cuales se distribuyen en una disposición plana con ángulos de 120º determinando una geometría triangular plana.
c) En la de SiCl4 el Si tiene cuatro electrones en la capa mas externa (1s2 2s2 2p6 3s2 3p2), compartirá cada uno de ellos con un átomo de cloro que tiene siete electrones en la capa mas externa (1s2 2s2 2p6 3s2 3p5) formando cuatro enlaces covalentes (cuatro pares electrónicos de enlace) con otros tantos átomos de Cl; la manera mas simétrica para que las repulsiones entre los pares de electrones sea la mínima posible es situar dichas nubes electrónicas en los vértices de un tetraedro, que es donde se situaran los pares de electrones formando ángulos de 109o aproximadamente. Desde el punto de vista de la teoría de la hibridación el silicio presenta cuatro electrones en su capa de Valencia por lo cual empleara un orbital s y tres orbitales p donde lugar a orbitales híbridos sp3, que se distribuyen según un tetraedro regular por lo cual la geomatría estetraédrica.
d) En el caso del amoniaco, el nitrógeno con cinco electrones de Valencia (1s2 2s2 2p3) compartirá tresnelectrones, cada uno de ellos con un átomo de hidrógeno (1s1) y le queda un par de electrones no enlazantes (par solitario). En consecuencia formara tres enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno (tres pares electrónicos de enlace) y un par solitario. De acuerdo con la teoría de la TRPECV al tener tres pares de enlace y un par solitario, como la repulsión par solitatario-par enlazante > repulsión par enlazante-par enlazante el ángulo de enlace no sera de 109o de la estructura tetraedrica, sino que sera un poco menor, presentando una geometría piramidal triangular (pirámide triangular)
. Desde el punto de vista de la teoría de la hidridacion el nitrógeno con 5 electrones de Valencia empleara un orbital 2s un par de electrones y 3 orbitales 2p cada uno con un electrón presentando una hibridación sp3 pero teniendo en cuenta que la repulsión par solitatario-parenlazante > repulsión par enlazante-par enlazante no presentara geometría tetraedrica, sino una pirámide debase triangular.
1- Responda de forma razonada a las siguientes cuestiones: (0,5 ptos c(u)
A)Indica cuales de la siguientes especies químicas presenta un enlace iónico:
Ácido clorhídrico (cloruro de hidrógeno); Bromuro de rubidio; Tetracloruro de carbono (cloruro de carbono (IV))
Datos: H(Z=1); Cl(Z=17); C(Z=6); Rb(Z=37); Br(Z=35)
B) En la reacción que se indica predice de forma razonada si el proceso que se produce es espontáneo ó no:
CaO (s) + 3 C (s)
⇄ CaC2 (s) + CO (g)
DHo = + 462 kJ/mol
C)Indicar el carácter ácido, básico ó neutro de una disolución acuosa de cloruro amónico (cloruro de amonio)
d) Escribe el equilibrio de solubilidad de la cal húmeda [Hidróxido de calcio (Dihidróxido de calcio)] y expresa la solubilidad en función de la constante de solubilidad (Kps).
Solución
A) Para el HCl, teniendo en cuenta sus configuraciones electrónicas: H: 1s1 y Cl: 1s22s22p63s23p5, al
hidrógeno le falta un electrón para adquirir la configuración estable de gas noble (He) y el Cl tiene 7 en la capa más externa por lo que también le falta un electrón para adquirir la configuración de gas noble. Como ambos elementos tienen tendencia a captar un electrón es de esperar entre ellos un enlacecovalente.
En en RbBr, las configuraciones electrónicas son: Rb: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 y Br:
1s22s22p63s23p64s23d104p5. El Rubidio tiene un electrón en su capa más externa y tenderá a cederlo para así adquirir la configuración de gas noble y formará el ión Rb1+
. El Bromo como tiene 7 electrones en la capa más externa tenderá a adquirir un electrón para obtener la configuración estable de gas noble y formará el ión Cl1-
. Por lo tanto entre estos dos elementos se formará un enlace iónico
. En el compuesto Cl4 el carbono tiene una configuración electrónica: C: 1s22s22p2, tiene 4 electrones en la capa más externa, mientras que el cloro como ya se ha indicado, tiene 7 electrones en su capa más externa, en consecuencia entre dichos elementos se formará un enlace covalente
.
b) Teniendo en cuenta que se trata de una reacción endotérmica (DH > 0) y cualitativamente es de esperar que haya un aumento de la entropía (DS > 0) ya que pasamos de reactivos en estado sólido a productos, unos de los cuales se encuentra en estado gaseoso, por lo cual es de esperar un mayor desorden . De acuerdo con la expresión de la energía libre de Gibbs (DG = DH – T x DS) , la espontaneidad de la reacción dependerá de los valores absolutos de los términos entálpicos y entrópicos , en el sentido de que si: /DH/ > /TDS/, entonces será DG > 0 y la reacción no será espontánea.
Sin embargo, si se cumple que
/DH/ <>DS/, entonces tendremos que DG < 0,=””>y entonces será espontánea
. Como en nuestro caso el término entalpico es positivo y el termino entrópico también, pero al tener el signo negativo delante la variación de energía libre dependerá del valor de la temperatura.
C) La disociación de la sal de NH4Cl dará lugar a los iones cloruro (Cl-) y amonio (NH4
+). El ión cloruro proviene de un ácido muy fuerte (HCl) por lo tanto según la teoría de Brönsted-Lowry se comporta comounabase conjugada muy débil y por lo tanto no da reacción con el agua: Cl– + H2O ® No reacciona
El ión amonio proviene de una base débil (NH3) por lo tanto se comporta como un ácido conjugado fuerte que producirá hidrólisis con el agua:
NH4 + + H2O ® NH3 + H3O+
En consecuencia la disolución tendrá carácter ácido
.