Química Idoyaga versión 2.6.
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Guía de ejercicios Nº 6
Unidad 6: Enlace químico
Clase 6: Estructura del enlace químico
Ejercicios a desarrollar
1. Dos alumnos, con el objetivo de aprender las estructuras de Lewis, deciden comenzar por
estudiar la cantidad de electrones de valencia de diferentes compuestos. Para ello, resolver
los siguientes ítems:
a) En cada caso, ¿cuántos electrones de valencia corresponden a cada átomo?
b) En cada caso completar con la cantidad de electrones de valencia correspondiente:
I) CaCl
2
II) NaNO
3
III) H
2
SO
4
IV) NO
2
V) NO
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2. En el cuerpo humano se presentan muchas sustancias en forma de iones, en particular los
más comunes son el ion sodio (Na
+
) y el ion potasio (K
+
). Escribir los símbolos de puntos de
Lewis para los siguientes iones y átomos: a) I, b) I
-
, c) S, d) S
2-
, e) P, f) P
3-
, g) Mg, h) Mg
2+
,
i) Na, j) Na
+
k) K
+
.
3. Un analista de laboratorio no encuentra su tabla periódica y necesita conocer la
electronegatividad de algunos compuestos con el objetivo de analizar la polaridad de
algunas moléculas. Para ello, ordenar los siguientes elementos según su electronegatividad
creciente. Justificá tu respuesta.
a) Br; F; I; Cl.
b) Si; Mg; S; P.
c) Al; O; K; C.
4. Sos ayudante en un laboratorio y recibís distintos compuestos rotulados de la siguiente
manera: i) H
2
O ii) CaF
2
iii) NH
3
iv) H
2
S v) N
2
H
4
.
a) Escribir las estructuras de Lewis de los compuestos.
b) Indicar si se trata de un compuesto iónico o covalente.
c) De los dos grupos anteriores, ¿cuál tiene mayor solubilidad en agua? ¿Por qué?
5. Los compuestos de carbono dan origen a muchas moléculas orgánicas, entre las que se
destacan por su abundancia el etano (cuya fórmula semidesarrollada es CH
3
-CH
3
), el eteno
(cuya fórmula semidesarrollada es CH
2
-CH
2
) y el etino (cuya fórmula semidesarrollada es
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CH≡CH). Dibujar las estructuras de Lewis para cada uno de los compuestos. Si bien los tres
compuestos tienen la misma cantidad de carbonos, ¿cómo podés explicar que el número de
átomos de hidrógeno disminuye desde el etano hacia el etino?
6. La concentración de ion cloruro (Cl
-
) es uno de los indicadores más importantes en la
medición de la contaminación de aguas dado que muestra la acción del hombre sobre el
cuerpo de agua. Dos de los compuestos binarios más comunes formados por dicho ion son el
NaCl y el HCl.
a) Nombrar ambos compuestos.
b) Dibujar las estructuras de Lewis para los compuestos.
c) ¿Qué tipo de enlace se da entre el NaCl? ¿y entre el HCl?
d) ¿Qué tipo de compuesto es el NaCl y el HCl?
7. En un libro de química, se encuentran los siguientes valores correspondientes a distintas
propiedades.
- Tricloruro de arsénico: líquido aceitoso; densidad a 20°C; 2,163 g/mL; punto de fusión -
8,5°C; punto de ebullición a 752 torr 63°C; se descompone en contacto con el agua;
soluble en alcohol y en éter.
- Cloruro de manganeso (II): cristales cúbicos color rosa claro delicuescentes; punto de
ebullición 1190°C, solubilidad en agua fría 72,3 g/100 mL H
2
O a 25°C y 123,8 g/100
mL H
2
O a 100°C.
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Escribir las fórmulas químicas de cada compuesto ¿Clasificaría cada uno de dichos
compuestos como iónico o covalente? Justifique la respuesta
8. Los hidróxidos (-OH) en general son utilizados principalmente para la preparación de
jabones, mediante un proceso llamado saponificación.
a) Dibujar la estructura de Lewis de los siguientes hidróxidos:
i. NaOH
ii. Ca(OH)
2
iii. Fe(OH)
3
b) Clasificarlos en iónicos o covalentes. ¿En qué te basaste para dar la respuesta?
c) Nombrar los compuestos.
9. Al llegar al trabajo como asistente de un laboratorio muy prestigioso, te encontrás con
frascos rotulados: DE, DG, EG y DF. Sabiendo que D, E, F y G son átomos que forman
enlaces covalentes entre sí y que cuyas electronegatividades son: D = 3,8; E = 3,3; F = 2,8 y
G = 1,3. Como tarea en el laboratorio te piden ordenar estas moléculas de acuerdo con el
aumento de polaridad de enlace, ¿cuál sería el orden adecuado?
Una posible estrategia para resolver este ejercicio:
A continuación, se desarrolla una posible estrategia para resolver este ejercicio.
En los ejercicios en los que se pide la polaridad de un enlace covalente, es
imprescindible recordar que la polaridad aumenta cuando aumenta la diferencia de
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electronegatividad entre los átomos enlazados. En general, se saben los compuestos
que componen la unión y se busca en la tabla periódica la electronegatividad de cada
uno de ellos y se realiza la diferencia. Mientras mayor sea dicha diferencia, mayor será
la polaridad del enlace.
Resolución:
En el caso particular de este ejercicio, no se sabe qué compuestos se enlazan sino que
nos dan letras que jugarían el papel de átomos. De cada uno nos dan la
electronegatividad (EN su sigla), y por lo tanto se ahorra el paso de buscar en la tabla
periódica la electronegatividad de cada uno de ellos. Por lo tanto, para resolver sólo se
deben restar las electronegatividades correspondientes a cada uno (recordar restar
siempre la mayor menos la menor). La resolución se resume en la siguiente tabla:
DE
DG
EG
DF
EN más alta
3,8
3,8
3,3
3,8
EN más baja
3,3
1,3
1,3
2,8
Diferencia de EN
0,5
2,5
2,0
1,0
Por ende, el orden de electronegatividad (EN) creciente es: DE<DF<EG<DG.
10. En algún momento de tu vida profesional puede que te encuentres trabajando para una
farmacéutica. Un día recibís frascos mal rotulados, la única información que sabés es que se
trata de compuestos binarios y que cada uno posee los siguientes átomos: i. B y F, ii. K y Br.
iii. Al y O. iv. Mg y F.
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a) Establecer si el compuesto que forma es iónico o covalente.
b) ¿Alguno de los compuestos no cumple la regla del octeto?
c) Dibujar su estructura de Lewis.
d) Nombrarlos y escribir la fórmula empírica de cada compuesto.
e) Indicar cuál de los compuestos iónicos tiene mayor carácter iónico.
11. Un grupo de becarios decide analizar la polaridad de distintos tipos de enlaces con el
objetivo de predecir algunas propiedades de estos. Dados los enlaces covalentes siguientes,
ordenarlos según su polaridad creciente:
a) F-H; H-H; N-H; O-Cl.
b) C-O; Cl-Cl; B-H; N-O.
12. Los nitratos (NO
3
-
) suelen utilizarse como conservantes que eliminan las bacterias dañinas
en general en fiambres y quesos. Dos de las sustancias más comunes que contienen dicho
ion son el HNO
3
y el NaNO
3
. Para ambos:
a) Dibujar las estructuras de Lewis para los compuestos.
b) ¿Qué tipo de enlace se da entre el nitrato y el sodio? ¿y entre el nitrato y el
hidrógeno?
c) ¿Qué tipo de compuesto es el NaNO
3
y el HNO
3
?
13. Las amalgamas son un material de restauración anteriormente utilizado en la odontología para
el tratamiento de las caries, por lo general se usan dos elementos químicos que conforman la
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aleación entre ellos. El más usado es el elemento “A” con CEE= [Xe] 4f14 5d10 6s2 junto
con un elemento “B” que tiene un Z=30. Para su producción se usa un elemento “C” con CEE
[Ne] 3s² 3p⁵. determinar
a. los elementos que representan las letras “A”, “B” y “C”.
b. el tipo de enlace que se formaría por A-B, B-C y A-C.
c. el tipo de elemento (metal, no metal, metaloide) considerando la regla del octeto según
su CEE.
14. En la sección exploremos se encuentra el ítem “Enlace covalente y enlace iónico” donde se
desarrollan los fundamentos de las uniones iónicas y covalentes. Dadas las siguientes
características clasificarlas si pertenecen a unión iónica o covalente.
1.Se transfieren electrones
2.Forma un orbital molecular
3.Dos átomos comparten electrones
4.Baja temperatura de fusión y ebullición
5.Se produce un intercambio de electrones
6.Se forma con átomos con 1, 2 o 3 electrones en el último nivel de energía
7.Diferencia de electronegatividad baja
8.Alta diferencia de electronegatividad
15. El grupo sulfato (SO
4
2-
) forma parte de numerosos reactivos empleados en la industria. Dos
de las formas más comunes en las que se encuentran son: ácido sulfúrico (H
2
SO
4
) y sulfato
de sodio (Na
2
SO
4
). El primer caso es utilizado en general como ácido fuerte en el
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laboratorio y el segundo caso es uno de los principales compuestos en la preparación de
vidrios y también se usa como aditivo en la preparación de detergentes.
a) Dibujar las estructuras de Lewis para los compuestos.
b) ¿Qué tipo de enlace se da entre el sulfato y el sodio? ¿y entre el sulfato y el
hidrógeno?
c) ¿Qué tipo de compuesto es el sulfato de sodio y el ácido sulfúrico?
16. Los oxoácidos y las oxosales son utilizados ampliamente en la industria, en particular se
destaca su utilización en la síntesis de fertilizantes.
a) Dibujar la fórmula de Lewis de los siguientes oxoácidos u oxosales:
i. MgSO
4
ii. HNO
2
iii. NaClO
iv. H
2
SO
3
b) Clasificarlos en oxoácidos u oxosales.
c) Clasificarlos en iónicos o covalentes. ¿En qué te basaste para dar la respuesta?
17. El Óxido Nitroso (N
2
O), también conocido como “el gas de la risa,” es un gas que,
combinado con el oxígeno a veces se usa durante un tratamiento dental para disminuir la
ansiedad. El gas típicamente produce sensaciones placenteras que pueden ayudar al paciente
a relajarse. Es sabido que dicho compuesto forma estructuras resonantes. Dibujar dichas
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estructuras y calcular las respectivas cargas formales. En base a ello, decidir cuál de las
estructuras es la más estable.
18. Leyendo la bibliografía correspondiente para la clase de química, se encontraron con
diferentes compuestos que no conocía. Nombrar los compuestos, determinar si sus enlaces
son de naturaleza iónica o covalente y escribir la fórmula de Lewis para cada caso.
a. FeS
b. AsCl
3
c. BeF
2
d. CCl
4
19. Los haluros de hidrógeno (HX) se utilizan en general como refrigerantes. Los refrigerantes
son sustancias que actúan como agentes de enfriamiento. En particular, se los suele utilizar
para refrigerar salones de cirugías, salas intensivas y medios de diagnóstico. Algunos de los
más comunes son HF, HCl, HBr y HI.
a) Indicar la densidad de carga positiva o negativa sobre los átomos enlazados, teniendo
en cuenta la electronegatividad de los mismos.
b) Representar en cada caso al vector del dipolo de enlace.
c) Ordenar las moléculas en orden de polaridad creciente de su enlace.
20. Una de las propiedades fundamentales de los compuestos es la temperatura de fusión. En el
caso de compuestos iónicos, el conocimiento de la energía reticular de los mismos permite
predecir el comportamiento de la temperatura de fusión. Sin embargo, la energía reticular no
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es posible medirla directamente, pero puede estimarse la diferencia entre algunos
compuestos según las fórmulas moleculares de los mismos. Se tienen los siguientes pares de
compuestos: i) KCl o MgO y ii) LiF o LiBr.
a) En cada caso, decidir cuál de ellos presenta mayor energía reticular. ¿Por qué?
b) En cada caso, decidir cuál de ellos presenta mayor punto de fusión. ¿Por qué?
21. Los compuestos de boro son muy utilizados en detergentes debido a que aumentan su
efectividad en la remoción de muchas de las manchas de origen natural. Una de sus formas
más comunes es el ácido bórico (H
3
BO
3
). Dicho compuesto, ¿cumple con la regla del
octeto? En caso de respuesta negativa, indicar qué átomo no la cumple. Dibujar su estructura
de Lewis.
22. El hexafluoruro de azufre (SF
6
) es uno de los gases causantes del efecto invernadero, debido
a su alta utilización en la aislación de centrales eléctricas. Una particularidad de este
compuesto es que no cumple con la regla del octeto.
a) Dibujar su estructura de Lewis.
b) Justificar por qué no cumple con dicha regla.
c) ¿Qué tipo de unión se establece entre el átomo de azufre y los átomos de flúor?
Justificar.
Una posible estrategia para resolver este ejercicio:
A continuación, se desarrolla una posible estrategia para resolver este ejercicio.
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Primero, se debe analizar qué tipo de elementos participan en la unión. En caso de ser
todos no metálicos, se toma el camino de las uniones covalentes y, en cambio, si hay
algún metal, se sigue el camino de la unión iónica. A partir de ello se deben contar los
electrones de valencia de cada uno de los átomos presentes en la molécula. Para ello, se
buscan las configuraciones electrónicas de cada uno de ellos. Luego, se debe escribir la
estructura básica del compuesto, es decir, acomodar cómo se unirán los átomos (cuál
con cuál). En este paso, en general, el átomo menos electronegativo será el átomo
central. El paso siguiente es completar los símbolos de puntos de Lewis para cada uno
de los átomos (recordar que cada punto indica un electrón de valencia). Con ello, si las
uniones fuesen covalentes, se enlaza con un enlace simple el átomo central a cada uno
de los átomos que lo rodean. Una vez que se realizan dichos enlaces, se busca
comprobar si todos los átomos cumplen la regla del octeto. En este punto hay varios
posibles caminos a seguir. En caso de cumplir la regla del octeto todos los átomos de la
molécula el ejercicio está resuelto. Si hay algunos átomos que cumplen y otros que no,
se realizan los enlaces múltiples correspondientes entre los átomos en conflicto hasta
que todos los átomos cumplan la regla del octeto. Un último caso se da cuando una vez
que se realizan los enlaces simples, todos los átomos cumplen la regla del octeto y hay
uno sólo que no cumple. Este último caso, es un caso de excepción a la regla del octeto
y el ejercicio ya está resuelto en ese punto.
Resolución:
Al observar los elementos que participan en la unión (S y F), podemos observar que
todos son no metales. Por ende, se sigue el camino de las uniones covalentes. El primer
paso es contar los electrones de valencia, para lo cual debemos contar con las
configuraciones electrónicas externas. Para el S: 3s
2
3p
4
y el F: 2s
2
2sp
5
. Por ende, el S
tiene 6 electrones de valencia, mientras que el flúor tiene 7. Al observar la
electronegatividad de cada uno (2,6 para el S y 4 para el F), puede deducirse que el S
es el átomo central de la molécula. Se acomodan entonces los 6 átomos de F alrededor
del átomo de S y se dibujan los símbolos de puntos de Lewis:
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El paso siguiente es enlazar con un enlace simple el átomo central (S) con cada uno
de los átomos que lo rodean (F):
En este punto, se deben contar los electrones alrededor de cada átomo. En el caso de
cada uno de los átomos de flúor, posee 6 electrones no enlazados y 2 compartidos y,
por ende, cumple la regla del octeto. En el caso del átomo de azufre, posee 12
electrones compartidos y, por ende, no cumple la regla del octeto. En consecuencia,
todos los átomos cumplen la regla del octeto, exceptuando uno. Como conclusión
puede decirse que el ejercicio ya está resuelto y que es uno de los casos de excepción
de regla del octeto.
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b) No cumple con la regla del octeto debido a que el azufre completa su capa
externa con 12 electrones, en vez de con 8.
c) Los enlaces entre los S y los F son enlaces covalentes simples porque se da entre
dos no metales.
23. Las uniones químicas permiten que las moléculas se agrupen entre si dando lugar a sustancias
puras y compuestas. Y conocer el mecanismo de los enlaces químicos, nos da herramientas
para formar y separar sustancias. Representar la transferencia de electrones entre los siguientes
átomos para formar iones estables.
a. K y Br.
b. Mg y Cl.
c. Ca y O.
d. Al y F.
24. El isocianato de metilo (CH
3
NCO) es una materia prima para fabricar pesticidas el cual es
muy tóxico para el humano. Dibujar al menos dos estructuras de Lewis para el ion
isocianato (NCO
-
) y mostrar las cargas formales de los átomos.
Una posible estrategia para resolver este ejercicio:
A continuación, se desarrolla una posible estrategia para resolver este ejercicio.
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En general, los tipos de compuestos que presentan estructuras de resonancia son
compuestos covalentes. Por ello, se deben seguir los mismos pasos que para la
resolución de un ejercicio de Lewis típico hasta el paso en el que se une el átomo central
a cada uno de los átomos que lo rodea con enlaces simples. Como los casos de
resonancia se dan cuando aparecen enlaces múltiples, en este punto la regla del octeto no
se cumple para todos los átomos del compuesto y se deben explorar las distintas
alternativas de enlaces múltiples que permitan cumplir la regla del octeto a todos los
átomos. Por ende, se obtienen distintas estructuras de Lewis según el tipo de enlace
múltiple propuesto entre los distintos átomos. Dichas estructuras son conocidas como
estructuras de resonancia del compuesto.
A su vez, para calcular las cargas formales de cada uno de los átomos del compuesto, el
procedimiento básico es el siguiente. Primero se deben contar los electrones de valencia
de cada átomo como si no estuviese enlazado (es decir, con la configuración electrónica
externa). Luego se deben contar los electrones correspondientes a cada átomo. Para ello,
se rompen todos los enlaces y se utiliza la suposición de que en un enlace le corresponde
un electrón a cada uno de los átomos que participan de la unión (por ejemplo, en un
enlace simple le corresponde un electrón a cada átomo y en un enlace doble le
corresponden dos electrones a cada átomo). A su vez, los electrones no enlazados o
libres le corresponden al átomo en cuestión. Finalmente, se restan los electrones de
valencia libre con los electrones correspondientes a cada átomo y se obtiene la carga
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formal (signo y número). Se debe verificar que la suma de las cargas formales obtenida
sea igual a la carga del ion o a cero si es una molécula.
Resolución:
Para comenzar, se observa que todos los átomos son no metales (C, N y O), por ende se
procede por el camino de los enlaces covalentes. Se cuentan los electrones de valencia
de cada uno, buscando a qué grupo pertenece cada uno en la tabla periódica: el C
pertenece al grupo IV por ende posee 4 electrones de valencia, el N al grupo V por ende
posee 5 electrones de valencia y el O al grupo VI por ende posee 6 electrones de
valencia. Como el C es el elemento menos electronegativo va a ser el átomo central. Se
dibujan entonces los símbolos de puntos de Lewis:
Luego, se enlaza el átomo central a los que lo rodean mediante un enlace simple:
Se cuentan los electrones de cada átomo: el N posee 4 electrones libres y 2 electrones
compartidos, el C posee 4 electrones compartidos y 2 electrones libres y el O posee 2
electrones enlazados y 5 electrones libres. Como puede apreciarse, ninguno de los
elementos cumple la regla del octeto, por ello deben realizarse enlaces múltiples. Se
plantean las dos siguientes alternativas:
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