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Escuela Normal Superior Dalmacio Vélez Sársfield Materia: Introducción a la Química. Curso: 1er año Carrera: Profesorado de educación secundaria en Química. Profesor: Pedro Vasquez

GUÍA DE EJERCÍCIOS UNIDAD N°3 Tema : Uniones Químicas EJERCICIOS RESUELTOS

1. Realice la Estructura de Lewis de la molécula de N2O5. Solución: En los casos, cuya fórmula general es X2On en la que X es el no metal, siempre hay un oxígeno en el centro formando “puente” entre los dos átomos de X y unido a ellos por uniones covalentes simples. Se debe comenzar a hacer la estructura haciendo este paso y luego hay que fijarse si el no metal completó sus ocho electrones. Si no lo hizo, se deben agregar los oxígenos que faltan completando las uniones faltantes, y una vez que el no metal completó su octeto, la única manera de seguir uniendo los oxígenos que faltan es por uniones dativas. Siempre los oxígenos se disponen en forma simétrica.

Como los nitrógenos no completaron sus ocho electrones y les falta compartir dos pares de electrones, y además faltan unir cuatro oxígenos, debemos unir dos oxígenos a cada nitrógeno, pero si hacemos uniones simples los oxígenos no completarían su octeto. Por lo tanto, hacemos una unión doble con un oxígeno a cada nitrógeno y de esa forma todos completan su octeto. Los otros dos oxígenos se unen por uniones dativas uno a cada nitrógeno.

2. Realice la Estructura de Lewis de la molécula de H2CO3. Solución: Este caso, se trata de un ácido (ácido carbónico), los hidrógenos, nunca están unidos al no metal (que en general tiene atomicidad uno), sino a los oxígenos. El no metal que forma parte del ácido, en este caso el C (el más electropositivo después del H), queda en el centro, unido a los oxígenos y algunos de esos oxígenos tendrán unidos hidrógenos. Nuevamente debemos comenzar la estructura de Lewis colocando el no metal, uniendo los oxígenos que estén unidos a hidrógenos por uniones covalentes simples y luego fijarnos si el no metal completó sus ocho electrones; en el caso de no haber completado uniremos los oxígenos hasta completar, y luego si faltan unir más oxígenos, se unirán por uniones dativas.

El carbono no completó el octeto y le falta compartir dos pares de electrones al igual que el oxígeno que falta unir. Entonces dicho oxígeno se debe unir por una unión covalente doble.

3. Realiza la estructura de Lewis de los aniones correspondientes al ácido carbónico: a. CO3-2 (ión carbonato) b. HCO3-1 (ión carbonato ácido) pág. 1

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Solución:

4. Un átomo del tercer elemento halógeno forma con átomos de oxígeno un anión monovalente, en el que tiene un número de oxidación +3. Escribir la estructura de Lewis de dicho anión, identificando al tercer halógeno con su símbolo. Solución: Lo que hacemos en este ejercicio es fijarnos en la tabla en los halógenos cuál es el que está en la tercera posición: es el Bromo (Br). Nos dice que queda formando un anión monovalente, o sea teniendo una carga negativa. Como el bromo tiene de número de oxidación +3, se tiene que unir entonces con dos oxígenos (número de oxidación –2) para que me quede con una carga negativa. Tendríamos el anión BrO2-1, con una estructura de Lewis:

5. Escriba las fórmulas estructurales que cumplan con la regla del octeto para: a). CH4O; b). C2H3F; c). ion azida, N−3.

Solución: a) Más que usar los electrones de valencia, se examina la cantidad de enlaces que se forman. Cada hidrógeno sólo puede formar un enlace químico. Eso significa que no puede haber hidrógeno entre otros dos átomos. El carbono puede formar cuatro enlaces químicos y el oxígeno dos. La única estructura que satisface lo anterior es la de la figura a la derecha. b) Al saber que el carbono puede formar uno, dos o tres enlaces con otro carbono, examine la figura que se muestra al costado y verifique que es la única estructura estable posible. c) La cantidad total de electrones de valencia disponibles en el ion azida es 16 (5 de cada uno de los 3 átomos de N libres, más 1 debido a la carga iónica neta de −1). Con esta información se puede ver que no es posible una estructura lineal que no tenga enlaces múltiples (figura incorrecta), porque no hay manera de usar todos los electrones. Sin embargo, puede haber enlaces múltiples entre los átomos, que permitan más de una estructura posible que satisfaga este conjunto de circunstancias, como se muestra en la figura con estructuras correctas.

Se muestran dos estructuras de resonancia para el ion azida, con enlace triple [figura b) y c)], porque los dos átomos de nitrógeno terminales son iguales (como si se hiciera una rotación de 180° de la molécula). Es interesante que se pueda proponer una estructura diferente basada en un anillo de tres miembros. El problema con esta estructura es que los ángulos de 60° necesarios para cerrar el anillo confieren mucha tensión en los enlaces, para que la estructura sea estable, por lo que no es una alternativa posible. pág. 2

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6. Dibuje las estructuras de resonancia que cumplan con el octeto del benceno, C6H6. Solución: Sólo hay una estructura que satisfaga el requisito de apareamiento de electrones y los preceptos que establece la regla del octeto. Esa estructura es un anillo formado por carbonos unidos con carbonos, formando un hexágono. Cada carbono está unido con 1 hidrógeno. Los enlaces restantes entre los átomos de carbono se colocan de modo que alternen enlaces sencillos y enlaces dobles. La figura a continuación muestra las dos estructuras de resonancia posibles para este arreglo de átomos y enlaces. La figura muestra una notación abreviada para el anillo de benceno, donde cada uno de los ángulos representa un carbono con su(s) hidrógeno(s) asociado(s). Observe que se señalan los enlaces dobles alternados. Esta estructura indica que se trata de compuestos aromáticos. Los compuestos aromáticos se caracterizan por ser hidrocarburos que forman anillos con enlaces sencillos entre carbonos del anillo, alternando con enlaces dobles entre carbonos.

7. El azufre y el cloro se combinan en varias proporciones y forman S 2Cl2, SCl2 y SCl 4. Dibuje las estructuras de Lewis de estas moléculas y describa sus formas usando la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV). Solución: En S2Cl2, cada S tiene número RPECV = 4, por lo que cada ángulo de enlace Cl —S—S es aproximadamente 109.5°(quizá algo menor, por la repulsión adicional de los pares no compartidos de cada azufre) y la molécula no puede ser lineal o recta. Hay rotación libre en torno al enlace S —S, por lo que no hay una conformación fija de la molécula.

En SCl2, la figura muestra que el átomo de S también tiene número RPECV = 4. El ángulo Cl —S—Cl es un poco menor que 109° y la molécula es angular.

En SCl4, el número RPECV es 5, pero una de las posiciones tiene un par de electrones no compartido. Ese par no compartido debe ocupar una de las posiciones trigonales en la pirámide trigonal, donde hay dos ángulos par compartido-par no compartido de 90. La figura de líneas se llama “de sube y baja” o de “caballete”, donde el grupo axial Cl—S—Cl representa una viga horizontal. Nota: El par no compartido dobla ligeramente a ese grupo.

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8. La molécula de PCl5 tiene la forma de bipirámide trigonal y la de IF5 tiene la forma de una pirámide cuadrada como se muestran en las siguientes figuras. Explique esta diferencia de formas.

Las estructuras de Lewis de los compuestos con enlaces sencillos indican que el número RPECV es 5 en el PCl5, para el cual se espera la estructura de bipirámide trigonal con ángulos de 90°, 120° y 180°. Sin embargo, el par no compartido en el yodo eleva su número RPECV a 6, por lo que los ángulos de enlace son 90°. La estructura de pirámide cuadrada del IF5 se puede imaginar como la de un octaedro con el par no compartido dirigido al vértice abajo del plano horizontal indicado. A causa de la repulsión del par no compartido, se espera que el átomo de yodo esté un poco abajo del plano de la base de la pirámide.

9. Explica la geometría molecular del tricloruro de boro, etano, etino y agua Las estructuras de Lewis de las especies propuestas son, respectivamente:



De acuerdo con la notación del modelo de RPECV, el BCl3 es una molécula del tipo AX3,a la que corresponde una distribución triangular de los ligandos y pares solitarios alrededor del átomo central. Al no existir pares de electrones solitarios sobre el boro, coinciden la distribución y forma de la molécula, por lo tanto esta presenta una geometría molecular TRIANGULAR PLANA con ángulos de enlace de 120°.

 De acuerdo con la notación del modelo de RPECV, el H3C-CH3 es una molécula del tipo AX4, respecto a cada uno de, a la que corresponde una distribución tetraédrica de los ligandos y pares solitarios alrededor del átomo central. Al no existir pares de electrones solitarios sobre el carbono, coinciden la distribución y forma de la molécula, por lo tanto esta presenta una geometría molecular TETRAÉDRICA con ángulos de enlace de 109,5°.  De acuerdo con la notación del modelo de RPECV, el CH≡CH es una molécula del tipo AX2, respecto a cada uno de los carbonos, a la que corresponde una distribución lineal de los ligandos y pares solitarios alrededor del átomo central. Al no existir pares de electrones solitarios sobre el carbono, coinciden la distribución y forma de la molécula, por lo tanto esta presenta una geometría molecular LINEAL con ángulos de enlace de 180°.  De acuerdo con la notación del modelo de RPECV, el H 2 O es una molécula del tipo AX2 E2, a la que corresponde una distribución tetraédrica de los ligandos y pares solitarios alrededor del átomo central. Al existir dos pares de electrones solitarios sobre el oxígeno, la molécula presenta una geometría molecular ANGULAR con ángulos pág. 4

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de enlace teóricos de 109,5° aunque la repulsión que ej ercen los dos pares de electrones solitarios hace que este ángulo sea algo menor , 104,5° según la bibli ografía.

10. Describa las formas resonantes para la molécula de HNO3. Las diferentes estructuras de Lewis reson antes de la molécula de ácido nítrico son:

11. Indique cuántos enlaces σ y π tiene la molécula de 2‐butino. La estructur a de Lewis de la especie propuesta es:

Los enlaces sencillos, 6 C–H y 2 C–C, son enlaces σ, y el enlace triple C≡C, está formado por 1 enla ce σ y 2 enlaces π. En total, 9 enlaces σ y 2 enlaces π. EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Resuelva es siguiente crucigrama.

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Horizontales 1. Capacidad de los átomos para atraer los electrones de enlace. 5. Una de las formas naturales en las que se encuentra el Carbono. 6. Compuestos con puntos de fusión elevados. 8. Enlace que se origina cuando uno de los átomos aporta el par de electrones de enlace. 10. Nombre que reciben los iones positivos. 12. Elementos que en condiciones normales tienen configuraciones electrónicas estables. 15. Nombre que reciben las distintas formas como se unen los átomos. 17. Partícula subatómica fundamental en la formación de enlaces. 18. Molécula con enlace covalente doble, indispensable en la respiración animal. 19. Tendencia de los átomos a completar ocho electrones en su último nivel.

Verticales 2. Nombre que reciben los iones negativos. 3. Átomo o grupo de átomos que ha ganado o perdido electrones. 4. Compuesto polar indispensable para la vida. 7. Enlace que se forma al compartir dos pares de electrones entre dos átomos. 8. Enlace que se forma debido a la compartición de electrones entre los átomos. 9. Propuso la representación de los enlaces por puntos y cruces. 11. Molécula con enlace covalente triple, su elemento constituyente pertenece al grupo VA. 13. Región espacio energética donde se localizan los electrones. 14. Elemento más electronegativo de la tabla periódica. 16. Enlace formado por transferencia de electrones.

2. Encuentra los conceptos enlistados abajo, en la siguiente sopa de letras.

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3. La regla del octeto se basa en: a) La configuración electrónica externa de los elementos de transición. b) La estabilidad química de los gases nobles debido a su configuración electrónica externa. c) La configuración electrónica del elemento con número atómico 8. d) a y b son correctas. e) Ninguna de las anteriores.

4. ¿Cuál de los siguientes enunciados caracteriza la formación de un enlace iónico? a) Metal + no metal, transferencia de electrones. b) No metal + no metal, compartición de electrones. c) Metal + metal, cationes envueltos con una nube de electrones deslocalizados. d) No metal + metal, compartición de electrones. e) Ninguna de las anteriores.

5. El enlace por puente de hidrógeno une... a) átomos

b) moléculas

c) mezclas

d) iones

e) ninguna de las anteriores

6. La polaridad en las moléculas se presenta cuando se unen... a) iones positivos. b) átomos de diferente electronegatividad. c) iones negativos. d) átomos con igual electronegatividad. e) ninguna de las anteriores.

7. Son ejemplos de compuestos covalentes: a) H2O, Cl2 c) Todas las anteriores

b) O2, Li2S d) NaCl, KBr

8. El enlace covalente coordinado o dátivo, se establece cuando los electrones compartidos son... a) donados por uno de los átomos enlazados. b) atraídos mutuamente. c) aportados por los dos átomos enlazados. d) aportados por cada átomo de la molécula. e) ninguna de las anteriores.

9. El enlace por puente de hidrógeno puede establecerse entre moléculas... a) no polares que contienen hidrógeno. b) polares que no contienen hidrógeno. c) polares que contienen hidrógeno. d) no polares que no contienen hidrógeno. e) ninguna de las anteriores.

10. ¿Cuál de los siguientes compuestos es covalente polar? a) HF

b) CCl4

c) O2

d) Todos los anteriores

e) Ninguno de los anteriores

11. En esta molécula se establece el enlace por puente de hidrógeno: a) BaS b) H2O d) Los incisos b) y c) son correctos.

c) C2H6 e) Ninguna de las anteriores.

12. Todos los compuestos siguientes son iónicos, con excepción de: a) MgBr2

b) CaI2

c) CCl4

d) NaCl

e) AlCl3 pág. 7

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13. ¿Con cuál elemento, el cloro puede formar un enlace covalente simple; con la característica de que ambos elementos cumplan la regla del octeto? a) Hidrógeno

b) Cloro

c) Potasio

d) Calcio

e) Sodio

14. ¿Cuál de los siguientes elementos formaría un enlace iónico con el flúor? a) Sodio

b) Litio

c) Calcio

d) Magnesio

e) Todos los anteriores.

15. El cloruro de potasio en solución acuosa conduce la corriente eléctrica debido a que: a) los iones no se disocian al estar en contacto con el agua. b) los iones se disocian al estar en contacto con el agua. c) los átomos comparten un par de electrones. d) los átomos comparten dos pares de electrones. e) ningunas de las anteriores.

16. ¿Cuál de los siguientes compuestos presenta enlaces covalentes coordinados? a) H2SO4

b) HNO3

c) H3PO4

d) HClO3

e) Todas las anteriores.

17. Cuando se unen elementos metálicos que tienen: uno, dos o tres electrones de valencia con no metales, lo hacen... a) compartiendo electrones. d) cediendo y ganando electrones.

b) ganando electrones. c) perdiendo electrones. e) ninguna de las anteriores.

18. ¿Qué sucede cuando dos átomos de electronegatividades muy diferentes, se unen? a) El de mayor electronegatividad, gana electrones. b) El de menor electronegatividad gana electrones. c) El de menor electronegatividad pierde electrones. d) Los incisos a y c son correctos. e) Ninguna de las anteriores es correcta.

19. ¿En los siguientes pares de elementos, cuál enlace presenta mayor polaridad? a) H-I

b) C-H

c) H-Cl

d) H-O

e) H-F

20. ¿Cuál de las siguientes representaciones de iones es correcta? a) Na+2

b) S-1

c) P-3

d) Mg+3

e) Fe+1

21. ¿Cuál de las siguientes moléculas es polar? a) CH4

b) CO2

c) CCl4

d) NH3

e) Ninguna de las anteriores es correcta.

22. ¿Cuál es el número RPECV de los átomos centrales de cada una de las especies siguientes? (Sugerencia: Dibuje primero las estructuras de Lewis). a) SO2; b) SO3; c) SO3−2; d) SO4−2; e) S−2. Rta: a) 3; b) 4; c) 3; d ) 4; e) 2

23. ¿Cuál de las moléculas o iones siguientes es o son rectas (es decir, con ángulos de enlace de 180°)? a) OF2; b) HCN; c) H2S; d) CO2. Rta: b) y d).

25. De las siguientes moléculas o iones: XeF4, NF3, SO4-2 y ClO4-1; indique las que posean geometría tetraédrica. El XeF4 es un caso especial, investigue. Rta: SO4-2 y ClO4-1.

26. De las siguientes moléculas o iones: CO2, SO2 y NO2-1; indique cual/es son lineal/es justificando su respuesta. Rta: CO2. pág. 8

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27. De las siguientes moléculas: SO3, SO2, NH3, H2O, CCl4 y PCl5; indique cuales son apolares justificando su respuesta. Rta: SO3, CCl4 y PCl5.

28. De las siguientes moléculas o iones: BCl3, SO3, ClO3-1, NO3-1 y NH3; indique cuales son piramidales justificando su respuesta. Rta: ClO3-1 y NH3.

29. Representa las moléculas de los siguientes ácidos indicando la cantidad y el tipo de enlace que las forman: a) H3PO4. b) H2SO3. c) HClO4. d) H2CO3.

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