Examen de Principios de Química y Estructura – Febrero 2012 (2s) | Soluciones de las preguntas 28, 29 y 30

(BLOQUE 3) 28. (ESTA PREGUNTA, LA 29 Y LA 30 ESTÁN RELACIONADAS.) Sean tres elementos, A, D y E, cuyas configuraciones electrónicas son: A: 1s² 2s² 2p⁶ 3s²; D: 1s² 2s² 2p²; E: 1s² 2s² 2p⁵_. Suponiendo que la configuración electrónica de las moléculas diatómicas homonucleares hasta la molécula N₂ (inclusive) sigue este orden de ocupación: σ_1s < σ_1s* < σ_2s < σ_2s* < π_2py = π_2pz < σ_2px < π_2py* = π_2pz* < σ_2px* < σ_3s < σ_3s* y que más allá del N₂ ese orden sufre una alteración debido a que los orbitales π_2p tienen más energía que el σ_2px, dígase si es de esperar que se formen las especies A₂, D₂, E₂, el tipo de enlace (simple, doble…) en ellas y si serán paramagnéticas o no.

(A). Se formarían D=D y E–E, ambas no paramagnéticas. No se formaría A₂.
(B). Se formaría D=D (paramagnética) y E–E (no paramagnética). No se formaría A₂.
(C). Se formarían A–A, D–D y E–E, ninguna de ellas paramagnética.
(D). Se formarían A=A, D=D, pero solo esta última sería paramagnética. No se formaría E₂.

Solución: A. Escribiendo los primeros elementos de la tabla periódica es fácil comprobar que el N tiene número atómico 7. Y sumando los electrones del elemento D se puede deducir que su número atómico es 6. Por lo tanto, el elemento D queda antes que el N en la tabla periódica y su hipotética molécula diatómica D₂ seguirá el mismo orden de llenado de orbitales moleculares que el N₂. Sin embargo, los elementos A y E del enunciado quedan por detrás del N en la tabla y seguirán el otro orden de llenado. Según esto, las configuraciones electrónicas de las posibles moléculas A₂, D₂, E₂ serán:

A₂ (24 electrones en total a colocar): σ_1s² < σ_1s*² < σ_2s² < σ_2s*² < σ_2px² < π_2py² = π_2pz² < π_2py*² = π_2pz*² < σ_2px*² < σ_3s² < σ_3s*²

D₂ (12 electrones en total a colocar): σ_1s²< σ_1s*² < σ_2s² < σ_2s*² < π_2py² = π_2pz²

E₂ (18 electrones en total a colocar): σ_1s² < σ_1s*² < σ_2s² < σ_2s*² < σ_2px² < π_2py² = π_2pz² < π_2py*² = π_2pz*²

El orden de enlace es el número de electrones situados en orbitales enlazantes menos el número de electrones situados en orbitales antienlazantes, todo ello dividido por 2. En este caso, por lo tanto, el orden de enlace de la hipotética molécula A₂ es (12–12)/2 = 0 y por ello no es de esperar que se forme. El orden de enlace de D₂ sería (8–4)/2 = 2 y es de esperar que se forme la molécula D=D, la cual no será paramagnética porque no contiene electrones desapareados. Y el orden de enlace de E₂ sería (10–8)/2=1, lo que quiere decir que se formaría E–E, también no paramagnética.

29. (SI ES PRECISO, USE PARA ESTA PREGUNTA LOS DATOS DE LA 28 Y LA 30.) Teniendo en cuenta que los orbitales de D se hibridan en sus combinaciones con E, ¿qué tipo de compuesto formarían ambos preferentemente y mediante qué tipo de enlaces?

(A). D₄E, mediante enlaces σ y π.
(B). DE₂, empleando solo enlaces π.
(C). D₂E, mediante enlaces σ y π.
(D). DE₄, empleando solo enlaces σ.

Solución: D. La hibridación consiste en la promoción de electrones a orbitales superiores. Como la configuración electrónica de D es 1s² 2s² 2p², es de esperar que siga el patrón habitual de hibridación, consistente en la promoción de un electrón 2s al orbital 2p vacante, para, de este modo, quedar cuatro electrones desapareados. Es decir, la configuración sería: D*: 1s² 2s¹ 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹. Cada uno de esos electrones podría enlazarse con un electrón de E. De este modo, tanto D como E adquirirían la estabilidad propia del octete de Lewis. Desde el punto de vista de la teoría de orbitales moleculares, el elemento D forma orbitales cuatro híbridos sp³, cada uno de los cuales se solapa frontalmente con el orbital p de un átomo E que solo tiene un electrón, formando en total cuatro enlaces σ entre D y E.

30. (SI ES PRECISO, USE PARA ESTA PREGUNTA LOS DATOS DE LA 28 Y LA 29.) ¿Cuál de los siguientes compuestos es de esperar que sea más iónico?

(A). DE₂
(B). AE₂
(C). A₂
(D). Ninguno; todos son covalentes puros.

Solución: B. Por sus configuraciones electrónicas, A es un halógeno, D un carbonoideo y E un alcalinotérreo. Por lo tanto, de los propuestos, el más iónico es de suponer que será el AE₂. Por otra parte, de los dados no es de esperar que se formen ni DE₂ ni A₂, como se ha explicado en las otras cuestiones (además, A₂ sería covalente puro).