Química General · Bonding and structure
Forma molecular, polaridad y fuerzas intermoleculares
Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.
¿Atascado con forma molecular, polaridad y fuerzas intermoleculares? Escanea el problema.
Toma una foto de la reacción de tu tarea o de tu libro y dibuja su mecanismo con cada flecha revisada. 1 escaneo gratis ya, sin registrarte; 1 más con una cuenta gratuita.
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Lo que aprenderás
- Predict electron-domain geometry, molecular shape and approximate bond angles from a Lewis structure using VSEPR.
- Assign sp, sp² or sp³ hybridization to atoms and count σ and π bonds.
- Decide whether a molecule has a net dipole moment by combining bond dipoles with its shape.
- Identify the intermolecular forces in a substance and use them to rank boiling points.
Lección gratis
El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.
Leer la lección gratis (6 partes)
Cuenta los dominios electrónicos
La TREPEV parte de la estructura de Lewis. Cuenta los dominios electrónicos alrededor del átomo central: cada átomo enlazado es un dominio, sea cual sea el orden de enlace, y cada par solitario es un dominio. Dos dominios apuntan a una línea (180°), tres a un triángulo (120°), cuatro a un tetraedro (109.5°), cinco a una bipirámide trigonal (90° y 120°) y seis a un octaedro (90°). El amoníaco tiene tres enlaces y un par solitario, así que sus cuatro dominios son tetraédricos, pero la forma nombrada solo a partir de los átomos es piramidal trigonal.
Los pares solitarios cambian la forma y comprimen los ángulos
Los pares solitarios se repelen con más fuerza que los pares enlazantes, por lo que comprimen los ángulos entre enlaces: CH₄ 109.5°, NH₃ unos 107°, H₂O unos 104.5°. Con cinco dominios, los pares solitarios ocupan las posiciones ecuatoriales, que tienen más espacio: un par solitario da una forma de balancín (SF₄), dos dan una forma de T (ClF₃) y tres dan una molécula lineal (XeF₂). Con seis dominios, dos pares solitarios se sitúan uno frente al otro y dejan una molécula plano cuadrada (XeF₄).
La hibridación sigue el número de dominios
Dos dominios necesitan dos orbitales híbridos (sp, 50% de carácter s), tres necesitan sp² (33% de s) y cuatro necesitan sp³ (25% de s). Todo enlace sencillo es un enlace σ; un doble enlace es un σ más un π, y un triple enlace es un σ más dos π, formados a partir de orbitales p sin hibridar. En el acrilonitrilo, los carbonos del CH₂ y del CH son sp², el carbono del nitrilo es sp, y hay seis enlaces σ y tres π. Un átomo cuyo par solitario está deslocalizado, como el nitrógeno de una amida, es sp² y plano. Ganar un enlace cambia el panorama: el BF₃ plano sp² acepta el par solitario de un fluoruro en su orbital p vacío y se convierte en el ion tetraédrico sp³ BF₄⁻, y el NH₃ transforma su par solitario en un cuarto enlace N–H para dar NH₄⁺ tetraédrico.
Los dipolos de enlace se suman como vectores
Un enlace es polar cuando sus átomos difieren en electronegatividad; el dipolo apunta hacia el átomo más electronegativo. El dipolo molecular es la suma vectorial de los dipolos de enlace y de los pares solitarios. En el CO₂ lineal los dos dipolos C=O se cancelan, igual que los dipolos de enlace del BF₃, CCl₄, SF₆ y XeF₄ simétricos, así que estas moléculas son no polares. El H₂O angular, el NH₃ piramidal, el SF₄ en balancín y el CH₂Cl₂ no se cancelan y son polares.
Las fuerzas intermoleculares determinan los puntos de ebullición
Toda molécula experimenta fuerzas de dispersión de London, que aumentan con el número de electrones y la superficie de contacto: F₂ y Cl₂ son gases, Br₂ un líquido y I₂ un sólido, y el pentano sin ramificar hierve más alto que sus isómeros ramificados. Las moléculas polares añaden atracción dipolo–dipolo. El enlace de hidrógeno requiere un H sobre N, O o F y un par solitario sobre N, O o F de una molécula vecina; es la razón de que el etanol (78 °C) hierva muy por encima del dimetil éter (−24 °C), de que el H₂O y el HF hiervan muy por encima de los hidruros más pesados de sus grupos, y de que el NH₃ (−33 °C) hierva muy por encima del PH₃ (−88 °C). También importa el número de enlaces de hidrógeno por molécula: el agua, con dos átomos de H y dos pares solitarios, hierve por encima del HF, que solo tiene un H. Estas mismas fuerzas rigen la solubilidad: un compuesto se mezcla con el agua cuando puede formar enlaces de hidrógeno con ella y su parte hidrocarbonada es pequeña, por lo que el etanol es miscible con el agua pero el octan-1-ol no.
Lo que conviene recordar
Dibuja la estructura de Lewis, cuenta los dominios para obtener la geometría y la hibridación, nombra la forma a partir de los átomos, suma los dipolos de enlace como vectores y luego compara dispersión, dipolo–dipolo y enlace de hidrógeno para explicar las propiedades físicas.
Problemas de práctica (40)
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Dibuja el mecanismo 2
Geometrías y ángulos según VSEPR
- El amoníaco le quita un protón al cloruro de hidrógenoDibuja la transferencia de protón del cloruro de hidrógeno al amoníaco y relaciónala con el cambio de una molécula piramidal trigonal a un ion tetraédrico.
Hibridación y enlace
- El trifluoruro de boro y el fluoruro forman tetrafluoroboratoDibuja la adición del fluoruro al trifluoruro de boro y relaciónala con el cambio del boro de trigonal plano sp² a tetraédrico sp³.
Predice el producto 5
Hibridación y enlace
- Geometría del alenoPredice la orientación relativa de los grupos CH₂ terminales en un dieno acumulado a partir de los orbitales del carbono central.
Polaridad y momentos dipolares
- Polaridad de las moléculas con octeto expandidoPredice cuál molécula con octeto expandido es polar a partir de su geometría según la TREPEV.
Geometrías y ángulos según VSEPR
- Geometría del tetrafluoruro de azufrePredice la geometría de una molécula AX₄E con octeto expandido.
- Geometría y ángulo del aguaPredice la geometría y el ángulo de enlace aproximado del agua a partir de su número de dominios.
- Geometría del difluoruro de xenónPredice la geometría de una molécula AX₂E₃.
Clasificar 8
Geometrías y ángulos según VSEPR
- Forma del amoníacoNombra la forma molecular de una molécula con tres dominios enlazantes y un par solitario.
Hibridación y enlace
- Encuentra el carbono spIdentifica cuál de varias estructuras contiene un carbono con hibridación sp.
- Hibridación del carbono de un nitriloAsigna la hibridación de un carbono con un triple enlace a partir de su número de dominios.
- ¿Dónde está el par solitario de la piridina?Asigna el orbital que contiene el par solitario de un nitrógeno de anillo aromático que ya aporta un electrón π.
Fuerzas intermoleculares
- Fuerzas entre moléculas de metanoClasifica las fuerzas intermoleculares presentes en un hidrocarburo apolar.
- ¿Qué líquido puro forma enlaces de hidrógeno?Identifica qué compuesto puede donar y aceptar enlaces de hidrógeno en su líquido puro.
Polaridad y momentos dipolares
- Enlaces polares, sin dipoloReconoce una molécula cuyos dipolos de enlace idénticos se cancelan por tener forma lineal.
- Elige la molécula polarIdentifica la molécula polar entre moléculas simétricas cuyos dipolos de enlace se cancelan.
Comparar 7
Fuerzas intermoleculares
- Ordena los puntos de ebullición de los alcanosOrdena los puntos de ebullición de los alcanos usando la longitud de la cadena y las ramificaciones como medidas de las fuerzas de dispersión.
- Ordena los puntos de ebullición de los hidruros del grupo 16Ordena los puntos de ebullición de una serie de hidruros en la que el enlace de hidrógeno se impone a la tendencia de la dispersión.
- Ordena los puntos de ebullición de los haluros de hidrógenoOrdena los haluros de hidrógeno por punto de ebullición, sopesando la dispersión frente al enlace de hidrógeno.
- Isómero de C₃H₈O con mayor punto de ebulliciónCompara los puntos de ebullición de los isómeros a partir del enlace de hidrógeno y la forma molecular.
Geometrías y ángulos según VSEPR
- Ordena los ángulos de enlaceOrdena los ángulos de enlace de cinco moléculas pequeñas según el número de dominios y la repulsión del par solitario.
Polaridad y momentos dipolares
- ¿Cuál dicloroeteno es polar?Compara estereoisómeros de alqueno y decide cuál tiene un momento dipolar distinto de cero.
- Enlace H–X más polarCompara la polaridad de los enlaces a partir de las diferencias de electronegatividad.
Calcular 6
Hibridación y enlace
- Cuenta los enlaces π del acrilonitriloCuenta los enlaces π de una molécula que contiene a la vez un doble enlace y un triple enlace.
- Cuenta los enlaces σ del acrilonitriloCuenta los enlaces σ, incluidos los enlaces C–H, sabiendo que todo enlace múltiple contiene exactamente un enlace σ.
- Carácter s de un orbital sp²Calcula el porcentaje de carácter s de un orbital híbrido a partir de los orbitales que se combinan.
Polaridad y momentos dipolares
- Suma dos dipolos de enlaceCalcula el dipolo molecular como la suma vectorial de dos dipolos de enlace iguales que forman un ángulo conocido.
Geometrías y ángulos según VSEPR
- Dominios electrónicos en el triyoduroCuenta los dominios electrónicos del átomo central de un anión poliatómico, incluida su carga.
- Pares solitarios sobre el xenón en el XeF₄Cuenta los pares solitarios del átomo central de un fluoruro de gas noble a partir de sus electrones de valencia totales.
Encuentra el error 1
- Encuentra el error sobre el amoníacoDiagnostica el error de igualar el ángulo de dominio electrónico con el ángulo de enlace cuando hay un par solitario.
Interpreta la evidencia 2
Polaridad y momentos dipolares
- Interpreta los dipolos de los haluros de hidrógenoInterpreta una serie de momentos dipolares y saca solo la conclusión que los datos respaldan.
Fuerzas intermoleculares
- Puntos de ebullición con masas casi igualesInterpreta datos de puntos de ebullición de compuestos de masa molar similar para ordenar la fuerza de las fuerzas intermoleculares.
Trabaja hacia atrás 1
- ¿Qué molécula es plana cuadrada?Parte de una geometría plana cuadrada observada para llegar a una fórmula con seis dominios y dos pares solitarios.
Planea una síntesis 1
- Elige un disolvente miscible con aguaElige un disolvente que se mezcle con el agua igualando el enlace de hidrógeno y el tamaño del hidrocarburo.
Explica por qué 7
Fuerzas intermoleculares
- Por qué el ácido acético hierve más alto que el propanolExplica por qué un ácido carboxílico tiene un punto de ebullición más alto que un alcohol de la misma masa molar.
- Por qué el yodo es un sólidoExplica el cambio de gas a sólido a lo largo del grupo de los halógenos usando las fuerzas de dispersión.
- Agua frente a fluoruro de hidrógenoExplica por qué el agua hierve a mayor temperatura que el HF aunque el flúor sea más electronegativo que el oxígeno.
Hibridación y enlace
- Hibridación del nitrógeno de una amidaExplica por qué un nitrógeno con tres enlaces y un par solitario es sp² cuando el par solitario está deslocalizado.
Geometrías y ángulos según VSEPR
- Por qué el ClF₃ tiene forma de TExplica la forma de T del ClF₃ a partir de la ubicación de los pares solitarios en una bipirámide trigonal.
Polaridad y momentos dipolares
- Por qué el NF₃ es apenas polarExplica cómo los dipolos de enlace y la contribución del par solitario se combinan de forma distinta en dos moléculas con la misma forma.
- ¿El ozono es polar?Explica cómo una molécula formada por un solo elemento puede tener momento dipolar.
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