Estructura y Enlace Químico: Geometría Molecular y Teoría de Repulsión de Pares Electrónicos

Soluciones a Problemas de Enlace Químico

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Los cuatro átomos de carbono están unidos a tres átomos cada uno, por lo que tendrán una geometría triangular plana (hibridación sp²). El C-1 está unido a 2 H y al C-2 con un doble enlace; el C-2 al C-1 con doble enlace, a 1 H y al C-3 con enlaces sencillos; el C-3 a 1 H con enlaces sencillos y al C-4 con doble enlace; el C-4 está unido a 2 H y al C-3 con un doble enlace.

Con todo ello, podemos ver que todos los átomos están en un mismo plano, pues aunque el enlace entre C-2 y C-3 podría en principio girar, no lo hace por tener participación de doble enlace.

12.-

El carbono 1 está unido al N por triple enlace y al C-2, lo que nos proporciona una geometría lineal (hibridación sp). El carbono 2 solo está unido a tres átomos (al C-1 y al C-3, y con un doble enlace al C del grupo metilo), lo que nos proporciona una geometría triangular plana (hibridación sp²). El carbono 3 está unido igualmente a tres átomos (al C-2 con doble enlace y a 2 H con enlace sencillo), lo que proporciona también una geometría triangular plana (hibridación sp²).

Con todo ello, podemos ver que todos los átomos están en un mismo plano, a excepción de los 3 átomos de H del grupo metilo.

13.-

a)

• El CH₄ es una molécula tetraédrica con el C situado en el centro y los H en los vértices del tetraedro. Ello es debido a que el C forma 4 pares electrónicos con cuatro átomos distintos y, según la teoría de repulsión de pares electrónicos, esta es la manera en que se sitúan 4 pares de e^- lo más alejados posible.
• En el C₂H₄ los átomos de C se unen a dos H y al otro C, por lo que la geometría será triangular plana.
• En el caso del C₂H₂ cada carbono forma un enlace sencillo con el H y otro triple con el otro carbono, por lo que la geometría será lineal.

b)

• En el etano, los cuatro enlaces son σ formados por el orbital s de cada H y cada uno de los cuatro orbitales sp³ del C.
• En el eteno, los cuatro enlaces C-H son σ formados por orbitales s de cada H y por dos de los tres orbitales sp² de cada átomo de carbono. El tercer orbital sp² forma un enlace también σ con el otro C. Queda en cada carbono un orbital p sin hibridar, que es el que va a formar el enlace π entre los dos carbonos.
• En el etino, los dos orbitales sp de cada C se unen a un H y al otro C, y quedan dos orbitales p en cada carbono sin hibridar que van a dar lugar a sendos orbitales moleculares π, que junto al σ anteriormente indicado forman el triple enlace.

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• En el BeF₂, el átomo de Be forma únicamente dos pares electrónicos de enlace con átomos de F, por lo que, según la teoría de repulsión de pares electrónicos, estos se situarán lo más alejados posible entre sí, es decir, formando un ángulo de 180º, con lo que la geometría de la molécula será lineal.
• En el BCl₃, el B forma tres pares electrónicos de enlace que se situarán con un ángulo de 120º, con lo que la molécula será triangular plana con el átomo de B en el centro y los de Cl en los vértices.
• En el CCl₄, el C forma cuatro pares electrónicos con otros tantos átomos de Cl; la manera más alejada posible de situar dichas nubes electrónicas es hacia los vértices de un tetraedro, que es donde se situarán los átomos de Cl, mientras que el de C se situará en el centro del mismo.
• En el H₂O, el O forma dos pares electrónicos de enlace con sendos átomos de H y posee además otros dos pares electrónicos sin compartir. La geometría será, por tanto, angular al situar los átomos de H en dos vértices de un tetraedro y los pares electrónicos sin compartir en los otros dos; sin embargo, al ser la repulsión de los pares de e^- sin compartir mayor que la de los pares de e^- de enlace, el ángulo H-O-H será algo inferior a los 109,4º del tetraedro.
• Lo mismo sucede en la molécula de NH₃, en la que existen por parte del N tres pares de e^- de enlace y un par de e^- sin compartir, con lo que los tres H se situarán en tres vértices del tetraedro y el par de e^- sin compartir en el cuarto, lo que da una geometría de pirámide triangular en la cual el N ocuparía el vértice de dicha pirámide.

15.-

• En el C₂H₄, los átomos de C se unen a dos H y al otro C, por lo que la geometría será triangular plana.
• En el propino, el C-1 se une a un H y al C-2 con un triple enlace; igualmente, el C-2 se une al C-1 con triple enlace y al C-3 con enlace sencillo; como ambos átomos únicamente poseen dos nubes electrónicas, su geometría será lineal; en cambio, el C-3 se une a 3 H y al C-2, y su geometría será tetraédrica.
• En la propanona, el C-1 y el C-3 se unen a tres H y al C-2, por lo que tienen geometría tetraédrica, mientras que el C-2 se une, además de a los otros dos carbonos, a un átomo de O con doble enlace, por lo que la geometría será triangular.
• En el H₂S, el S forma dos pares electrónicos de enlace con sendos átomos de H y posee además otros dos pares electrónicos sin compartir. La geometría será, por tanto, angular al situar los átomos de H en dos vértices de un tetraedro y los pares electrónicos sin compartir en los otros dos; sin embargo, al ser la repulsión de los pares de e- sin compartir mayor que la de los pares de e- de enlace, el ángulo H-S-H será algo inferior a los 109,4º del tetraedro.
• En el BH₃, el B forma tres pares electrónicos de enlace que se situarán con un ángulo de 120º, con lo que la molécula será triangular plana con el átomo de B en el centro y los de H en los vértices.