Examen de Principios de Química y Estructura – Febrero 2015 (1s) | Soluciones de las preguntas 12, 13, 14 y 15

(TEMA 8) 12. Supóngase una especie iónica A-B en la que se ha producido una transferencia de carga total de modo que tenemos unidos un anión A^2- y un catión B²⁺. Si la separación entre ambos aniones es de 2Å y llamamos e a la carga del electrón expresada en ues, ¿cuál sería el momento dipolar de esta especie expresado en debyes? (1Å = 10^-8 cm; 1 D = 10^-18 ues·cm.)

(A). 4e×10¹⁰ D
(B). 2e×10^-18 D
(C). 2e D
(D). (e/2) D

Solución: A. El momento dipolar, μ, en sistemas de este tipo se define como μ = qd, siendo q la carga neta de cada ion (2e) y d la distancia que los separa. Como la carga del electrón nos la dan en ues y el debye se define como 10^-18 ues·cm, nos conviene expresar la distancia en cm. En este caso es 2×10^-8 cm. El momento dipolar será: μ = qd = 2e ues × 2×10^-8 cm = 4e×10^-8 ues·cm = 4e×10¹⁰ D.

(TEMA 8) 13. ¿Cómo se explica que el elemento P pueda formar 5 enlaces covalentes?

(A). Porque con relativa facilidad puede promocionar un electrón s a un orbital de mayor energía.
(B). Gracias a esta configuración electrónica: [Ne] 3s²3p³, que tiene 5 electrones de valencia.
(C). Porque pertenece a la familia del N.
(D). Por su alta afinidad electrónica.

Solución: A. La configuración electrónica del P es [Ne] 3s²3p_x¹3p_y¹3p_z¹, pero este elemento puede promocionar fácilmente un electrón s para adquirir la configuración [Ne] 3s¹3p_x¹3p_y¹3p_z¹3d¹. Eso le permite disponer de 5 electrones sin compartir y, por tanto, formar 5 enlaces covalentes. Pertenecer a una familia determinada no garantiza poder formar los mismos enlaces que los demás elementos de la misma. Así, el F, que pertenece a la familia de los halógenos, en general solo forma un enlace covalente, y no 3, 5 y 7 como los demás elementos de su familia. Tampoco la afinidad electrónica es un criterio válido para determinar si un elemento puede tener valencia alta o no; volviendo al ejemplo del F, su afinidad es alta y solo forma un enlace en sus combinaciones con otros elementos. No obstante, sí es cierto que a la derecha de la tabla, donde la afinidad es alta, encontramos, en general, elementos con valencias altas, y a la izquierda lo contrario.

(TEMA 9) 14. La teoría de orbitales moleculares predice que la molécula He₂ no es estable. Entonces, ¿por qué sí se forma el ion derivado He₂⁺?

(A). Porque el He₂⁺ tiene un electron más que el He₂
(B). Porque se produce una hibridación entre orbitales s y p.
(C). Porque en la configuración electrónica molecular del He₂⁺ el orbital antienlazante no está lleno.
(D). Porque uno de los dos átomos de He, al estar cargado, atrae a la nube electronica del otro.

Solución: C. La molécula He₂ no se forma porque su configuración electrónica molecular es (σ_1s)²(σ_1s*)², es decir, se forma un orbital enlazante y otro antienlazante, ambos completos, que se anulan mutuamente. Pero la configuración del He₂⁺ es (σ_1s)²(σ_1s*)¹, lo que supone un orbital enlazante lleno y un antienlazante semilleno. Por lo tanto, esta molécula ion podría existir en teoría, si bien no sería muy estable pues se predice solo “medio enlace” entre los átomos de helio.

(TEMA 9) 15. ¿Cuál de las siguientes aseveraciones relacionadas con la Teoría de Orbitales Moleculares es correcta?:

(A). En una molécula, todos los orbitales antienlazantes tienen más energía que cualquier orbital enlazante.
(B). En los orbitales antienlazantes degenerados no se cumple la regla de Hund.
(C). En general, los electrones de las capas internas no participan en el enlace.
(D). La teoría demuestra que tanto el O₂ como el N₂ son paramagnéticos.

Solución: C.– En una molécula, cada orbital antienlazante tiene más energía que el enlazante correspondiente (por ejemplo, el σ_1s* tiene más energía que el σ_1s), pero no todos los antienlazantes tienen más energía que los enlazantes (por ejemplo, en el N₂ el orbital enlazante π_2py tiene más energía que el antienlazante σ_1s*). En los orbitales antienlazantes (y enlazantes) degenerados sí se cumple la regla de Hund, ya que los electrones se van colocando en estos orbitales siguiendo la regla del máximo desapareamiento. Es cierto que, en general, los electrones de las capas internas no tienen parte en el enlace porque, al estar llenas estas capas, se compensa el efecto de los orbitales enlazantes con el de sus correspondientes antienlazantes. Finalmente, la TOM explica por qué el O₂ es paramagnético, pero no puede demostrar lo mismo con el N₂ porque esta molécula no es paramagnética.