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• Karime Kantún

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 I. Estructuras de Lewis simples  Escriba la estructura de Lewis de las siguientes moléculas.

1.

NH3

2.

Br2

3.

CH4

4.

H B B r r

N ENLACES

H 3

H

H

I

I

H C

NI3

N H

I

X

4

1

X

0

1

PIRÁMIDE

LINEAL

TETRAÉDRICA

PIRÁMIDE TRIGONAL

P. ELECTRONES

H

3

LIBRES

GEOMETRÍA MOLECULA R1

TRIGONAL II. Predicción de la geometría molecular de la siguiente serie de ejercicios.

Ejercicio 1. ¿Cuáles son las geometrías electrónicas y moleculares del SO2 y SF4?

SO2

SF4

F

F

S O

O S

COMPUEST0

1

SO2

F

SF4

ENLACES

2

4

P. ELECTRONES

1

1

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: CONSULTE EL ANEXO I

F

LIBRES GEOMETRÍA

TRIGONAL PLANA

BIPIRÁMIDE TRIGONAL

ANGULAR

TETRAHEDRO DISTORCIONADO

ELECTRÓNICA

GEOMETRÍA MOLECULAR

2

Ejercicio 2. COMPUEST0

N F3

ENLACES

(7 x 3) + 5 = 26 32 – 26 = 6

∴ 3 enlaces ELECTRONES

26 – 6 = 20 – 18 = 2

LIBRES

∴ AB 3 E❑

GEOMETRÍA ELECTRÓNICA GEOMETRÍA

TETRAÉDRICA PIRÁMIDE TRIGONAL

MOLECULAR3 ¿Cuál es la geometría electrónica y cuál la geometría molecular del trifluoruro de nitrógeno (NF3)?

F 2

3

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: CONSULTE EL ANEXO I

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: CONSULTE EL ANEXO I

F

N

F

Ejercicio 3.

O

C

O

O

¿Cuál es la hibridación del carbono y de todos los oxígenos? C:

↑↓ ↑ ↑ ↑ 2 ❑ → ↑ ↑ ↑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ∴ sp 2 2 2 2 s 2 px 2 py 2 pz 2 pz sp sp sp

O:

↑ ↓ ↑↓ ↑ ↑ ∴ sp 3 para oxígenos con enlace sencillo ❑ ❑ ❑ 2 s 2 px 2 py 2 pz ❑

O:

↑ ↓ ↑↓ ↑ ↑ 2 4 ❑ ❑ ❑ ❑ ∴ sp para el oxígeno con enlace doble 2 s 2 px 2 py 2 pz

¿Cuáles son las geometrías electrónica y geométrica del ion carbonato (CO32-)? COMPUESTO ENLACES

3

ELECTRONESLIBRES

0

GEOMETRÍA ELECTRÓNICA 4

CO32-

TRIGONAL PLANA

Casabó, J. 2002. “Estructura atómica y enlace químico” Editorial Reverté. España Brown, Lemay, Bursten.2004.

GEOMETRÍA MOLECULAR5

TRIGONAL PLANA

 III. Hibridación. 1. Describe los tres tipos de hibridación del átomo de carbono y los tipos de enlace entre carbono y carbono que pueden formarse.

Para hacer posible la resolución de este inciso, hicimos uso de un compuesto orgánico en específico en cada uno de los tipos de hibridación, del cual mostramos el tipo de hibridación que utiliza y los enlaces, los tres tipos de hibridación serán manejados con su respectivo ejemplo, y posteriormente se proporcionó una breve información de los tipos de hibridación para tener más claro el concepto.

Hibridación sp³ El ejemplo que tomaremos para ilustrar esta hibridación será el metano, compuesto orgánico formado por un carbono y cuatro hidrógenos. Para hacer posible este compuesto es necesario que el átomo de carbono tenga 4 electrones disponibles para poder formar un enlace con los hidrógenos, pero su configuración electrónica está diseñada para tener simplemente tres, por lo que utilizaremos la hibridación. H C:

↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 3 ❑ → ↑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ∴ sp 2 s 2 px 2 py 2 pz 2 s 2 px 2 py 2 pz

HCH H

Aquí mostramos como de su configuración electrónica basal, excitamos un electrón 2s para que nos permitiera tener otro electrón disponible, para así formar los cuatro enlaces con los hidrógenos. Finalmente, la geometría molecular del metano quedaría de esta forma, y en cada uno de los enlaces con los hidrógenos se forma un enlace sigma, de forma que en este ejemplo tenemos 4 enlaces sigma. 5

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: CONSULTE EL ANEXO I

Otro ejemplo que se podría tomar es el etano, que posee 2 carbonos y 6 hidrógenos, cada uno de los carbonos tendrá una hibridación sp3 así que el carbono con sus respectivos 3 hidrógenos formará enlaces sigma y la unión de los dos carbonos también formará un enlace de este tipo, teniendo un total de 7 enlaces sigma en la molécula del etano. DEFINICIÓN La hibridación sp³ se define como la unión de un orbital s con tres orbitales p (p x, py y pz) para formar cuatro orbitales híbridos sp3 con un electrón cada uno. Los orbitales atómicos s y p pueden formar tres tipos de hibridación, esto depende del número de orbitales que se combinen. Entonces, si se combina un orbital atómico s puro con tres orbitales p puros, se obtienen cuatro orbitales híbridos sp3 con un ángulo máximo de separación aproximado de 109.5º, esto es una de las características de los alcanos. A cada uno de estos nuevos orbitales se los denomina sp³, porque tienen un 25% de carácter S y 75% de carácter P. De esta manera cada uno de los cuatro orbitales híbridos sp³ del carbono puede enlazarse a otro átomo, es decir que el carbono podrá enlazarse a otros 4 átomos, así se explica la tetravalencia del átomo de carbono. Debido a su condición híbrida, y por disponer de 4 electrones de valencia para formar enlaces covalentes sencillos, pueden formar entre sí cadenas con una variedad ilimitada entre ellas: cadenas lineales, ramificadas, anillos, etc. A los enlaces sencillos –C-C– se los conoce como enlaces sigma.

Hibridación sp² El compuesto que tomaremos como referencia en este ejemplo será el etileno, compuesto con dos carbonos y 4 hidrógenos, en este ejemplo el carbono simplemente está unido a 3 elementos más, de forma que solo necesitaremos 3 orbitales, de forma que obtendremos 3 enlaces sp2 y uno se mantendrá en su estado basal. C:

↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ❑ → ↑ ∴ sp 2 ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑→ 2 2 2 2 pz 2 s 2 px 2 py 2 pz 2 s 2 px 2 sy 2 pz sp sp sp

De esta forma la geometría molecular tendría esta forma, teniendo así cada carbono un enlace sigma con cada hidrógeno y uno más uniéndolo al otro carbono. Se obtendrá igualmente un enlace pi, quedando un total de 5 enlaces sigma y 1 pi.

DEFINICIÓN Este tipo de hibridación es la combinación de un orbital s con dos orbitales p (px y py) para formar tres orbitales híbridos sp2. Los orbitales híbridos sp2 forman un triángulo equilátero. Los átomos de carbono también pueden formar entre sí enlaces llamados insaturaciones: Dobles: donde la hibridación ocurre entre el orbital 2s y dos orbitales 2p, quedando un orbital p sin hibridar, se producirán 3 orbitales sp². A esta nueva estructura se la representa como un octeto de johnson 2p6 y octavalente 2p¹ Al formarse el enlace doble entre dos átomos, cada uno orienta sus tres orbitales híbridos en un ángulo de 120°, como si los dirigieran hacia los vértices de un triángulo equilátero. El orbital no hibridado p queda perpendicular al plano de los 3 orbitales sp².

Hibridación sp El ejemplo que tomaremos en este tipo de hibridación se denomina etino o acetileno, que está formado de dos carbonos y dos hidrógenos. En este caso uno de los carbonos solo se encuentra unido a otro carbono y a un hidrógeno, por que necesitamos la hibridación para que este compuesto sea posible. C:

↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ❑ → ↑ ↑ ∴ sp❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ 2 pz 2 s 2 px 2 py 2 pz sp sp 2 py

La geometría molecular del etino quedaría de la siguiente manera, de forma que obtendríamos 3 enlaces sigma (uno por cada

hidrógeno y el que

une a los carbonos)

y dos enlaces pi

(formados por los

orbitales

hibridados) DEFINICIÓN

p

no

La formación de estos enlaces es el resultado de la unión de un orbital atómico s con un orbital p puro (px), esto permite formar dos orbitales híbridos sp con un electrón cada uno y una máxima repulsión entre ellos de 180°, permaneciendo dos orbitales p puros con un electrón cada uno sin hibridar. Los orbitales híbridos sp forman una figura lineal. La hibridación sp se presenta en los átomos de carbono con una triple ligadura o mejor conocido con un triple enlace carbono-carbono en la familia de los alquinos. El enlace triple es aún más fuerte que el enlace doble, y la distancia entre C-C es menor en comparación a las distancias de las otras hibridaciones.6 2. Describe la formación del enlace p en un diagrama de orbitales. Dibuje dos estructuras de dos compuestos que presenten un enlace doble y un triple. Identifique en cada caso cual es enlace sigma (s) o pi ( p). (La formación de orbitales y de los enlaces se realizaron anteriormente) I.

El 5-metil-1,6-heptadien-3-ino es un compuesto que cumple los requisitos solicitados, ya que presenta con la menos un enlace doble y uno triple, a continuación, se señalan los tipos de enlace. Claramente existen más enlaces sigma con cada unión de los carbonos con sus hidrógenos, pero debido a la complejidad del dibujo lo pusimos de esta manera.

σ π

σ

σ σ

πσ

σ

π

σ π

Los siguientes dos compuestos son de menor complejidad que el anterior, por lo que es más sencillo colocar la geometría molecular con sus respectivos enlaces. II.

6

Propino

Casabó, J. 2002. “Estructura atómica y enlace químico” Editorial Reverté. España Brown, Lemay, Bursten.2004.

σ σ σ

σ

σ

La molécula del propino quedaría de esta manera, posee un enlace triple y varios simples, los cuales están marcados cual corresponde a un enlace sigma y un enlace pi, otro ejemplo es la molécula del etino que se encuentra en las páginas anteriores.

III.

Propileno

σ σ σ

σ π

σ σ σ σ

La molécula del propileno posee un enlace doble y varios simples, otro ejemplo es el ya mencionado etileno. IV.

Fuerzas intermoleculares a) M

e

n

c

i

o

n

e

a

l

intermoleculares. • Punto de fusión. • Punto de ebullición. • Presión de vapor. • Solubilidad. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: QUÍMICA “LA CIENCIA GENERAL”, BROWN-LEMAY-BURSTEN, EDITORIAL PARSON, SÉPTIMA EDICIÓN. b) ¿Qué es un enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno? Son un tipo especial de atracción intermolecular que existe entre el átomo de hidrógeno de un enlace polar y un par de electrones no compartido en un ion o átomo electronegativo cercano. Es un tipo de interacción dipolo-dipolo particularmente fuerte.

m

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: QUÍMICA GENERAL, RAYMOND CHANG, 11° EDICIÓN c) Predecir los puntos de ebullición relativos del n-butano, etilmetil éter y 1-propanol. Utiliza las estructuras de Lewis de los compuestos. Razona tu respuesta. n-butano

etilmetil éter

H H

C

H2

H

H

H H

C

H2

H

H 1-propanol

 

Para poder predecir el punto de ebullición relativo se tiene que tomar en cuenta las fuerzas intermoleculares de cada una de las moléculas que se presentaron anteriormente, cada una posee una fuerza intermolecular distinto. Mientras más fuerte sea la fuerza intermolecular, mayor punto de ebullición se requerirá. Analicemos cada una:

n- Butano  No tiene iones  M

o

l

é

c

u

l

a

n

∴ Fuerzas dipolo inducido Etil metil éter  No tiene iones  Moléculas polares

∴ Fuerzas dipolo−dipolo

Propanol  No tiene iones  Molécula polar  Tiene átomos de O.∴ Puente de hidrógeno Gracias a nuestras predicciones podríamos decir que el orden del punto de ebullición se da de esta manera y si se comprueban los datos, se llegará a que el propanol tiene mayor punto de ebullición que el Etil metil éter y este tiene mayor punto de ebullición que el butano.

Propanol> Etil metil éter> Butano 97 ° C>7.4 ° C>−1° C 7

7

Imágenes tomadas de las diapositivas presentadas por el catedrático.

o

CONCLUSIÓN Esta actividad de aprendizaje nos permitió a nosotros como equipo poder darnos cuenta de las debilidades que tenemos en los temas vistos anteriormente y darnos así la oportunidad de poder reforzar estos temas con la ayuda de nuestros compañeros de equipo, por lo que podemos concluir que fue una actividad lo bastante productiva, cuyos temas a tratar son lo bastante significativos en la materia y para las próximas asignaturas que cursaremos.

CONCLUSIONES INDIVIDUALES

AMARO ORTEGA ERNESTO ADONAY

Después de haber leído y visto este tema pues ahora reconozco que elementos se combinan con cuales, así como sus respectivos nombres, si bien se me dificulta un poco ahora, con un poco de estudio ya podre recordar este tema

CHALE BATÚN RAÚL Mi conclusión sobre esta ADA es que hay una gran variedad de cosas que se ven involucrados en los procesos químicos desde las interacciones nucleares hasta las teorías que predicen la geometría de las moléculas. Todos esos factores moldean a las estructuras y por ende es necesario la comprensión profunda sobré estos temas. Lo que aprendí más que nada es que todas las partículas hasta los compuestos se pueden describir matemáticamente y gracias a las matemáticas se pueden resolver problemas comunes de la química.

KANTUN CHIM KARIME DE JESUS Con esta actividad de aprendizaje más que nada me ayudó a visualizar aquellos temas que tratamos anteriormente en clase y me permitió estudiar y reforzarlos al mismo tiempo que la elaborábamos. De igual manera esta ADA tiene un fin muy importante, ya que los temas de hibridación, fuerzas de las moléculas, estructuras de Lewis y más son temas sumamente básicos que nos acompañarán a lo largo de nuestra estancia en la universidad y en nuestra vida profesional.

ORTIZ DIEGO KAREN Se puede concluir que la geometría molecular como tema, permite la vinculación de diversos contenidos, como los son los orbitales, traslapes, hibridación, geometría, ángulos de enlace, entre otras cosas. Esto lo convierte en un tema ideal para clarificar y ejemplificar diversos conceptos.   La geometría molecular es la forma tridimensional que adopta la molécula en el espacio. Los átomos que interaccionan entre sí (y se mantienen unidos) gracias a enlaces covalentes.(compartiendo electrones de valencia) se agrupan de manera tal que las repulsiones entre electrones sea la menor. Ésta es la causa de la antedicha geometría molecular. Puedo decir, que es indispensable para nosotros conocer de esto, ya que para conocer más de un compuesto, como la hibridación, polaridad, su fuerza intermolecular, algunas veces (no muy seguidas) se necesita conocer antes su geometría molecular, pues esta es quien mejor lo describe.   ANEXO 1

8

8

http://paginawebquimica.blogspot.mx/2013/06/geometria-molecular.html

ADA-5Equipo1

9

9

Tablas del libro de Química general