Examen de Principios de Química y Estructura – Septiembre 2017 | Soluciones de las preguntas 12, 13, 14 y 15

(TEMA 8) 12. ¿En cuál de las siguientes moléculas es mayor el ángulo de enlace?

(A). NH₃
(B). CO₂
(C). H₂O
(D). CH₄

Solución: B. Por ángulo de enlace entendemos el que existe entre dos enlaces adyacentes. En este caso, hablamos de los ángulos entre los enlaces del átomo central con dos cualesquiera de los periféricos. En principio, lo razonable es que el ángulo sea mayor cuanto menor sea el número de átomos periféricos. Esto es debido a que los enlaces del átomo central con los periféricos suponen regiones de alta densidad electrónica, las cuales tienden a situarse de modo que estén lo más separadas posibles espacialmente para minimizar la repulsión. El CO₂ tiene la siguiente estructura de Lewis: :Ö::C::Ö: . Esto implica la existencia de dos regiones de alta densidad electrónica alrededor del C. Como tenderán a apartarse todo lo posible, la molécula será lineal. Con el H₂O no sucede lo mismo porque el O tiene dos pares de electrones sin compartir: H:Ō:H. Esto supone que hay cuatro regiones de alta densidad electrónica alrededor del átomo central. La forma espacial que minimiza las correspondientes repulsiones en ese caso es el tetraedro. Lo mismo pasa en el CH₄ y en el :NH₃. En los tetraedros, el ángulo entre enlaces es aproximadamente de 109^o.

(TEMA 8) 13. El difluoruro de xenón tiene momento dipolar nulo. ¿A que cabe atribuirlo?

(A). A que en esta molécula el Xe queda con 5 pares de electrones a su alrededor, lo que conduce a una distribución espacial de estos electrones en forma de bipirámide trigonal, con el Xe en el centro y los F en los vértices superior e inferior.
(B). A que el Xe tiene electronegatividad nula.
(C). A que los enlaces de dicho compuesto tienen un 100% de carácter covalente.
(D). A que el valor del momento dipolar del enlace Xe–F es cero.

Solución: A. La electronegatividad del Xe y el F es diferente. Por lo tanto, el enlace Xe–F es polar y lleva asociado un momento dipolar, y por ello el enlace no se puede considerar 100% covalente. Pero este momento dipolar, que es una magnitud vectorial, se compensa con el del otro enlace Xe–F, por ser los dos vectores de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario. La razón de esta geometría es que la estructura de Lewis del XeF₂ es: |¯F :¯Xe¯ : F¯| (las rayas significan un par de electrones). Eso supone que el Xe queda con 5 pares de electrones alrededor. Es decir, hay que considerar 5 regiones de elevada densidad electrónica alrededor del Xe.  Según la teoría de la repulsión de los pares de electrones de valencia, estas regiones tenderán a situarse lo más lejos posibles, y eso se sucede cuando se disponen hacia los vértices de una bipirámide trigonal. Por consideraciones de simetría, lo lógico es que tres de los pares de electrones se sitúen en el triángulo base de esta bipirámide y, cada átomo de F, uno por encima y otro por debajo de ella, por lo que estos F quedarían en la misma línea y, entre los dos, en posición central, el Xe.    

(TEMA 9) 14. En la teoría de orbitales moleculares se considera que los orbitales moleculares σ y σ* de la molécula H₂ se forman a partir de los orbitales atómicos s’ y s” de los dos átomos de H (H’, H”) de esta manera:

(A). σ = c (s’ + s”); σ* = c (s’ – s”)
(B). σ = c’ (s’ + s”); σ* = c” (s’ + s”)
(C). σ = c (s’·s”); σ* = c’ (s’·s”)
(D). σ = c (s’ + s”); σ* = – c (s’ + s”)

Solución: A. La teoría de los orbitales moleculares establece que estos se forman por combinaciones lineales de los orbitales atómicos. Para moléculas tipo A₂, estas combinaciones lineales son la llamada simétrica (s’ + s”) y la antisimétrica (s’ –  s”). La opción de la multiplicación no es válida porque una combinación lineal de dos funciones no consiste en multiplicarlas. Los otros dos casos son equivalentes y suponen combinaciones simétricas en ambos casos, no una simétrica y otra antisimétrica.  

(TEMA 9) 15. ¿A qué molécula corresponde la configuración electrónica KK(σ_2s)¹ ?

(A). He₂
(B). He₂⁺
(C). Li₂⁺
(D). Be₂²⁺

Solución: C. Contestar a esta pregunta es muy sencillo. Basta saber que el orden de ocupación de electrones en los orbitales moleculares (2 electrones por orbital) es σ_1s, σ*_1s, σ_2s, σ*_2s… Los dos primeros orbitales se pueden simbolizar por KK. Esto significa que la configuración KK(σ_1s)¹ alberga a 5 electrones. De las mencionadas, la única especie que tiene 5 electrones es Li₂⁺: 3 por cada Li menos uno. De estos 5 electrones, 4 se colocan en los orbitales σ_1s y σ*_1s (KK) y el quinto en el orbital σ_2s. El He₂⁺ tiene 3 electrones: 2 por cada He (su número atómico es 2) menos 1 correspondiente a la carga positiva. El He₂ tiene 4 electrones. El Be₂²⁺ tiene 6 electrones que colocar (pues el número atómico del Be es 4 pero hay que restar los dos de la carga). Lo haría así: KK(σ_2s)².