Polaridad 05

 

En las siguientes moléculas, H2S, N2 y CH3OH:

a)  Represéntalas mediante un diagrama de Lewis.

b)  Justifica razonadamente la polaridad de las moléculas.

c)  Identifica las fuerzas intermoleculares que actuarán cuando se encuentran en estado líquido.

 

 

Solución:

a)  Molécula de H2S:

Estructura de Lewis para los átomos:

El hidrógeno pertenece al grupo IA, luego en su última capa tiene 1 electrón.

FORMULA DE LEWIS 06,1

El azufre pertenece al grupo VIA, luego en su última capa tiene 6 electrones.

FORMULA DE LEWIS 09,3

Número de electrones de valencia:

ne,v = 2·1 (H) + 1·6 (H) = 8

Número de electrones totales para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 2·2 (H) + 1·8 (S) = 12

El hidrógeno únicamente necesita dos electrones para alcanzar la estructura de gas noble (He), luego no cumple la regla del octeto.

Número de enlaces:

n = (12 – 8)/2 = 2 (Dos pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n'e = (nº e de valencia – 2·nº enlaces)/2

n'e = (8 – 2·2)/2 = 2 (Dos pares de electrones no enlazantes)

Estructura de Lewis para la molécula:

POLARIDAD 05,1

Número estérico = 4 (nº de pares de electrones del átomo central)

Número de pares solitarios = 2

Enlaces: Dos simples.

Como el número estérico es 4 y el número de pares solitarios es 2, la forma de la molécula predicha de acuerdo con la teoría de la repulsión de pares de electrones de valencia dirigida (RPECV)  es: forma de V.

Molécula de N2:

Estructura de Lewis para los átomos:

El nitrógeno pertenece al grupo VA, por tanto en su última capa tiene 5 electrones.

FORMULA DE LEWIS 06,15

Número de electrones de valencia:

ne,v = 2·5 (N) = 10

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 2·8 (N) = 16

Número de enlaces:

n = (16 – 10)/2 = 3 (Tres pares de electrones enlazantes)

Como hay tres enlaces y únicamente dos átomos de nitrógeno el enlace ha de ser triple.

Número de pares de electrones no enlazantes:

n'e = (nº e de valencia – 2·nº enlaces)/2

n'e = (10 – 2·3)/2 = 2 (Dos pares de electrones no enlazantes)

Estructura de Lewis para la molécula:

FORMULA DE LEWIS 08,15

Molécula del CH3OH (metanol) no posee un átomo central definido, si no que el carbono y el oxígeno forman parte del centro molecular.

Estructura de Lewis para los átomos:

El carbono pertenece al grupo IVA, por tanto en su última capa tiene 4 electrones.

FORMULA ELECTRON PUNTO 06,1

El hidrógeno pertenece al grupo IA, luego en su última capa tiene 1 electrón.

FORMULA DE LEWIS 06,1

El oxígeno pertenece al grupo VIA, por tanto en su última capa tiene 6 electrones.

FORMULA ELECTRON PUNTO 06,2

Número de electrones de valencia:

ne,v = 1·4 (C) + 4·1 (H) + 1·6 (O) = 14

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 1·8 (C) + 4·2 (H) + 1·8 (O) = 24

El hidrógeno únicamente necesita dos electrones para alcanzar la estructura de gas noble (He), luego no cumple la regla del octeto.

Número de enlaces:

n = (24 – 14)/2 = 5 (Cinco pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n'e = (nº e de valencia – 2·nº enlaces)/2

n'e = (14 – 2·5)/2 = 2 (Dos pares de electrones no enlazantes)

Estructura de Lewis para la molécula:

POLARIDAD 05,2

Número estérico (carbono como átomo central) = 4 (nº de pares de electrones del átomo central)

Número de pares solitarios = 0

Enlaces: Cuatro simples.

Como el número estérico es 4 y el número de pares solitarios es cero, la forma de la molécula predicha de acuerdo con la teoría de la repulsión de pares de electrones de valencia dirigida (RPECV)  es: tetraédrica.

Número estérico (oxígeno como átomo central) = 4 (nº de pares de electrones del átomo central)

Número de pares solitarios = 2

Enlaces: Dos simples.

Como el número estérico es 4 y el número de pares solitarios es 2, la forma de la molécula predicha de acuerdo con la teoría de la repulsión de pares de electrones de valencia dirigida (RPECV)  es: forma de V.

b)  Como ya hemos dicho en el apartado anterior, la molécula de H2S tiene forma de V y como el azufre es más electronegativo que el hidrógeno, resultará un dipolo dirigido hacia el azufre. Por tanto, la molécula es polar.

La molécula de N2 es apolar ya que no hay diferencia de electronegatividad entre los átomos que la forman.

Según el apartado a) la molécula de metanol posee dos átomos centrales: el carbono, geometría tetraédrica y el oxígeno, geometría en forma de V. Como el oxígeno es bastante más electronegativo, habrá un momento dipolar dirigido hacia él que hará de esta molécula sea polar.

c)  Entre azufre e hidrógeno no hay suficiente diferencia de electronegatividad como para formar enlaces de hidrógeno. Las fuerzas serán fuerzas de Van der Waals de tipo dipolo permanente–dipolo permanente (fuerzas de Keesom o interacción dipolo–dipolo)

Las únicas fuerza existentes entre las moléculas de nitrógeno será de Van der Waals dipolo inducido  instantáneo–dipolo inducido (de London)

La molécula posee un átomo de oxígeno que es mucho más electronegativo, atraerá hacia sí los electrones de sus enlaces covalentes y se generará un dipolo en la molécula que provoca la formación de enlaces  de hidrógeno entre ésta y las contiguas.

 

 

Polaridad 04

 

a)  Escribe las estructuras de Lewis para el BF3, NF3 y F2CO.

b)  ¿Cuál será la geometría de estas moléculas?

c)  ¿Qué enlace de los que forma el flúor en las moléculas es más polar?

d)  ¿Cuál o cuáles de estas moléculas son polares?

 

 

Solución:

a)  Molécula de BF3:

Configuraciones electrónicas del boro (átomo central) y del flúor:

B: 1s22s22p1

F: 1s22s22p5

Estructura de Lewis de los átomos:

Según su configuración electrónica, el flúor tiene en su última capa 7 electrones (capa de valencia), luego necesita un electrón para conseguir la configuración de gas noble.

 

FORMULA DE LEWIS 08,3

El boro tiene en su capa de valencia 3 electrones y al unirse a 3 átomos de flúor tendrá en su última capa un total de 6 electrones, por lo tanto es una excepción a la regla del octeto.

POLARIDAD 04,1

Estructura de Lewis de los átomos:

Número de electrones de valencia de la molécula:

ne,v = 1·3 (B) + 3·7 (F)= 24

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 1·6 (B) + 3·8 = 30

Número de enlaces:

n = (30 – 24)/2 = 3 (Tres pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n’e = (ne,v – 2·n)/2 = (24 – 2·3)/2 = 9

POLARIDAD 04,2

Molécula de NF3:

Estructura de Lewis de los átomos:

El nitrógeno (átomo central) pertenece al grupo VA, por tanto en su última capa tiene 5 electrones.

FORMULA DE LEWIS 06,15

El flúor pertenece al grupo VIIA, luego en su última capa tiene siete electrones.

FORMULA DE LEWIS 08,3

Número de electrones de valencia:

ne,v = 1·5 (N) + 3·7 (F) = 26

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

Número de electrones totales:

ne = 1·8 (Nl) + 3·8 (F) = 32

Número de enlaces:

n = (32 – 26)/2 = 3 (tres pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n'e = (nº e de valencia – 2·nº enlaces)/2

n'e = (26 – 2·3)/2 = 10

Estructura de la molécula según Lewis:

POLARIDAD 04,3

F2CO:

Estructura de Lewis de los átomos:

Flúor (Grupo VIIA) → 7 electrones:

FORMULA DE LEWIS 08,3

Carbono (Grupo IVA) → 4 electrones:

FORMULA ELECTRON PUNTO 06,1

Oxígeno (Grupo VIA) → 6 electrones:      

FORMULA ELECTRON PUNTO 06,2

Número de electrones de valencia:

ne,v = 2·7 (F) + 1·4 (C) + 1·6 (O) = 24

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

Número de electrones totales:

ne = 2·8 (F) + 1·8 (C) + 1·8 (O) = 32

Número de enlaces:

n = (32 – 24)/2 = 4 (cuatro pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n'e = (nº e de valencia – 2·nº enlaces)/2

n'e = (24 – 2·4)/2 = 8

Para que el oxígeno pueda completar su octeto ha de compartir dos electrones, por tanto se formará un enlace doble.

Estructura de Lewis para la molécula:

POLARIDAD 04,4

b)  BF3:

Número de pares de electrones del átomo central = 3 (número estérico)

Número de pares de electrones solitarios = 0

Forma molecular: Triangular

Geometría (configuración más estable): Triángulo equilátero o trigonal plana.

NF3:

Número de pares de electrones del átomo central = 4 (número estérico)

Número de pares de electrones solitarios = 1

Forma molecular: Tetraédrica

Geometría (configuración más estable): Piramidal trigonal.

F2CO:

Número de pares de electrones del átomo central = 3 (número estérico)

Número de pares de electrones solitarios = 0

Forma molecular: Triangular

Geometría (configuración más estable): Triángulo equilátero o trigonal plana.

c)  El que forma con el boro por la mayor diferencia de electronegatividad.

d)  La polaridad de una molécula depende del valor, diferente de cero, del momento dipolar resultante de los momentos dipolares de los enlaces; cosa, que a su vez, está condicionada por  la geometría de la molécula.

Molécula de BF3:

POLARIDAD 04,5

Se han distribuido 3 pares de electrones en los vértices de un triángulo equilátero, esto justifica la geometría triangular plana de la molécula de BF3 (se ha omitido los pares de electrones del flúor)

La molécula BF3 es simétrica, se anulan los dipolos de sus enlaces y resulta un momento dipolar nulo, luego la molécula es apolar.

Molécula de NF3:

GEOMETRIA MOLECULAR 03,3

La molécula NF3 no es simétrica, por lo que no se anulan los dipolos de sus enlaces, luego la molécula es polar.

Molécula de F2CO:

POLARIDAD 04,6

Aunque la molécula F2CO es simétrica, no se anulan los dipolos de sus enlaces ya que el átomo central está unido a átomos diferentes (la polaridad del enlace F–C es más intensa, debido a la mayor diferencia de electronegatividad  entre los átomos de flúor y carbono, que entre los átomos de oxígeno y carbono), por tanto la molécula es polar.

 

 

 

Polaridad 03

 

De los siguientes pares de compuestos, indicar cuál poseería enlaces más polares y qué molécula sería más polar:

a)  Bromuro de hidrógeno y yoduro de hidrógeno.

b)  Amoniaco y fosfamina.

 

 

Solución:

a)  El enlace más polar es el del bromuro de hidrógeno y la molécula más polar también, ya que el bromo tiene mayor electronegatividad que el yodo.

b)  El enlace más polar es el del amoniaco por ser más electronegativo el nitrógeno que el fósforo.

Ambas moléculas tienen la misma polaridad pues sus geometrías son semejantes (piramidal trigonal). 

 

 


Polaridad 02

 

Representa, mediante un diagrama de Lewis, las siguientes moléculas, CO2, CH4 y CH3Cl, justificando razonadamente la polaridad de las moléculas.

 

 

Solución:

Molécula de CO2:

Estructura de Lewis de los átomos:

El carbono pertenece al grupo IVA, luego en su última capa tiene 4 electrones.

El oxígeno pertenece al grupo VIA, por tanto en su última capa tiene 6 electrones.

Número de electrones de valencia de la molécula:

ne,v = 1·4 (C) + 2·6 (H) = 16

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 1·8 (C) + 2·8 (O) = 24

Número de enlaces:

n = (24 – 16)/2 = 4 (Cuatro pares de electrones enlazantes)

Como hay cuatro enlaces y únicamente dos átomos de oxígeno los enlaces han de ser dobles.

Número de pares de electrones no enlazantes:

n’e = (ne,v – 2·n)/2 = (16 – 2·4)/2 = 4 (Cuatro pares de electrones no enlazantes)

POLARIDAD 02,1

Nº. estérico (nº de pares de electrones del átomo central) = 2

Nº de pares solitarios del átomo central = 0

Como el número estérico es 2 y el número de pares solitarios es 0, la forma de la molécula predicha de acuerdo con la teoría de la repulsión de pares de electrones de valencia dirigida (RPECV)  es lineal.

POLARIDAD 02,2

Los enlaces de esta molécula son polares pero como:

POLARIDAD 02,3

la molécula es apolar.

Molécula de CH4:

Estructura de Lewis de los átomos:

El carbono pertenece al grupo IVA, luego en su última capa tiene 4 electrones.

El hidrógeno pertenece al grupo IA, por tanto en su última capa tiene 1 electrón.

Número de electrones de valencia de la molécula:

ne,v = 1·4 (C) + 4·1 (H) = 8

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 1·8 (C) + 4·2 (H) = 16

Número de enlaces:

n = (16 – 8)/2 = 4 (Cuatro pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n’e = (ne,v – 2·n)/2 = (8 – 2·4)/2 = 0

Nº. estérico (nº de pares de electrones del átomo central) = 4

Nº de pares solitarios del átomo central = 0

Como el número estérico es 4 y el número de pares solitarios del átomo central es 0, la forma de la molécula predicha de acuerdo con la teoría de la repulsión de pares de electrones de valencia dirigida (RPECV)  es tetraédrica.

POLARIDAD 02,4

La molécula de metano es simétrica, se anulan los dipolos de sus enlaces y resulta un momento dipolar nulo, luego la molécula es apolar.

Molécula de CH3Cl:

Estructura de Lewis de los átomos:

El carbono pertenece al grupo IV A (14), luego en su última capa tiene 4 electrones.

El hidrógeno pertenece al grupo IA, por tanto en su última capa tiene 1 electrón.

El cloro pertenece al grupo VIIA, por tanto en su última capa tiene 7 electrones.

Número de electrones de valencia de la molécula:

ne,v = 1·4 (C) + 3·1 (H) + 1·7 = 14

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 1·8 (C) + 3·2 (H) + 1·8 (Cl) = 22

Número de enlaces:

n = (22 – 14)/2 = 4 (Cuatro pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n’e = (ne,v – 2·n)/2 = (14 – 2·4)/2 = 3

Nº. estérico (nº de pares de electrones del átomo central) = 4

Nº de pares solitarios del átomo central = 0

Como el número estérico es 4 y el número de pares solitarios del átomo central es 0, la forma de la molécula predicha de acuerdo con la teoría de la repulsión de pares de electrones de valencia dirigida (RPECV)  es tetraédrica.

POLARIDAD 02,5

Aunque la molécula CH3Cl es simétrica, no se anulan los dipolos de sus enlaces ya que el átomo central está unido a átomos diferentes (la polaridad del enlace Cl–C es más intensa, debido a la mayor diferencia de electronegatividad  entre los átomos de cloro y carbono, que entre los átomos de oxígeno y carbono), por tanto la molécula es polar

 

 


Polaridad 01

 

Escribe la estructura de Lewis de cada una de las siguientes moléculas y razona la polaridad o no de las siguientes moléculas: H2, BrH, BeF2.

Electronegatividades: H = 2,1; Br = 2,8; Be = 2,04; F = 3,98

 

 

Solución:

Molécula de hidrógeno:

Estructura de Lewis de los átomos:

El hidrógeno pertenece al grupo IA, por tanto en su última capa tiene 1 electrón.

POLARIDAD 01, 1

La molécula de H2, está formada por dos átomos idénticos, por lo tanto no hay distinta electronegatividad entre ellos, luego el enlace es apolar. La nube electrónica se distribuye de forma simétrica en torno a los dos átomos.

Molécula de BrH:

Estructura de Lewis de los átomos:

Como ya se ha dicho en el caso anterior, el hidrógeno tiene 1 electrón.

El bromo pertenece al grupo VIIA, por tanto en su última capa tiene 7 electrones.

Número de electrones de valencia de la molécula:

ne,v = 1·7 (Br) + 1·1 (H) = 8

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 1·8 (Br) + 1·2 (H) = 10

El hidrógeno únicamente necesita dos electrones para alcanzar la estructura de gas noble (He), luego no cumple la regla del octeto.

Número de enlaces:

n = (10 – 8)/2 = 1 (Un par de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n’e = (ne,v – 2·n)/2 = (8 – 2·1)/2 = 3 (Tres pares de electrones no enlazantes)

POLARIDAD 01, 2

Como la electronegatividad del bromo (2,8) es mayor que la electronegatividad del hidrógeno (2,1), el  bromo atrae hacia sí los electrones del enlace químico y la nube electrónica quedará distribuida de forma asimétrica. Por tanto el enlace H–Br es polar y aunque la molécula globalmente sea neutra, por esta distribución asimétrica queda una densidad de carga negativa sobre el Br, lo cual representaremos como δ, y una densidad de carga positiva sobre el hidrógeno, representada como δ+. δ y δ+ son iguales y de signo contrario.

POLARIDAD 01, 3

En la anterior figura se ha omitido los pares de electrones no enlazantes.

En este enlace se genera un dipolo eléctrico, porque tiene dos polos de signo contrario.

Un dipolo eléctrico se caracteriza por el llamado momento dipolar (representado por µ), que es el producto de δ (densidad de carga) por la distancia que separa los núcleos atómicos de los dos átomos del enlace, es decir:

POLARIDAD 01, 4

d representa la distancia intermolecular. En este caso, la distancia entre el núcleo del átomo de bromo y el núcleo del átomo de hidrógeno.

Este momento dipolar se puede medir experimentalmente.

El estudio del momento dipolar de distintas molécula permitió a Linus Pauling confeccionar su escala de electronegatividades.

Molécula de BeF2:

Estructura de Lewis de los átomos:

El berilio pertenece al grupo IIA, por tanto en su última capa tiene 2 electrones.

El flúor pertenece al grupo VIIA, por tanto en su última capa tiene 7 electrones.

Número de electrones de valencia de la molécula:

ne,v = 1·2 (Be) + 2·7 (F) = 16

Número de electrones para que se cumpla la regla del octeto:

ne = 1·4 (Be) + 2·8 (F) = 20

El berilio no cumple la regla del octeto.

Número de enlaces:

n = (20 – 16)/2 = 2 (Dos pares de electrones enlazantes)

Número de pares de electrones no enlazantes:

n’e = (ne,v – 2·n)/2 = (16 – 2·2)/2 = 6 (Seis pares de electrones no enlazantes)

POLARIDAD 01, 5

El átomo central suele ser el menos electronegativo.

Número estérico = 2 (nº de pares de electrones del átomo central)

Como el número estérico es 2, la forma de la molécula predicha de acuerdo con la teoría de la repulsión de pares de electrones de valencia dirigida (RPECV)  es lineal.

POLARIDAD 01, 6

En la anterior figura se ha omitido los pares de electrones no enlazantes.

Los enlaces de esta molécula son polares pero como:

POLARIDAD 01, 7

la molécula es apolar.

Nota: Es importante no confundir la polaridad del enlace con la polaridad de la molécula.