1) Escribir
las configuraciones electrónicas de los átomos e iones siguientes:
a) Cl y Cl-
b) Fe y Fe3+
c) Ga y Ga3+
Indicar, para cada par, el átomo o ion de
mayor tamaño. Justificar brevemente las respuestas.
Datos:
Números atómicos: Cl = 17; Fe = 26 y Ga = 31. (2 puntos)
SOLUCIÓN
a) Cl
(Z=17): 1s22s22p63s23p5
Cl- (17+1 = 18 electrones): 1s22s22p63s23p6
Como el
ion Cl- tiene un electrón más en la última capa, por repulsión con
los otros electrones, poseerá mayor volumen que el átomo de cloro.
b) Fe (Z
= 26): 1s22s22p63s23p64s23d6
Fe3+ (26-3 = 23 electrones): 1s22s22p63s23p63d5
El átomo
de hierro pierde tres electrones, concretamente los dos 4s y uno 4d para
convertirse en el ion Fe3+.
La
salida de los electrones se produce de esta manera porque, ahora, al no estar
los orbitales 4s y 3d vacíos, el orden energético cambia y, en estas
circunstancias, los 4s poseen más energía.
Evidentemente,
el tamaño menor corresponderá a Fe3+, pues la salida de los
electrones le ha supuesto, además, la pérdida de la última capa.
c) Ga (Z
= 31): 1s22s22p63s23p64s23d104p1
Ga3+ (31-3 = 28 electrones): 1s22s22p63s23p63d10
Por
razones idénticas a la anterior, el tamaño menor corresponderá al Ga3+.
2) Entre
las siguientes sustancias: Na, Br2, KCl y H2O,
seleccionar razonadamente la más representativa de :
a)
Sustancia unida por fuerzas de Van der Waals.
b)
Sustancia de alta conductividad eléctrica y elevado punto de fusión.
c)
Sustancia no conductora, que se transforma en conductora al fundir.
d)
Sustancia con enlaces intermoleculares tipo puente de hidrógeno.
Puntuación máxima por apartado: 0,5
puntos.
SOLUCIÓN
a) La sustancia cuyas moléculas
están unidas por fuerzas de Van der Waals es el Br2 puesto que sus
moléculas son covalentes apolares y el único tipo de fuerzas posible entre
ellas es el indicado.
b) Ninguna de las sustancias
anteriores responde a las dos características indicadas, pues, aunque el Na es
un sólido metálico y, por tanto, muestra una elevada conductividad eléctrica,
su punto de fusión (97,5ºC) es relativamente bajo, debido a que el volumen de
los Na+ de la red es de cierta consideración y la nube electrónica
que los mantiene unidos es poco densa (cada átomo de sodio aporta un solo
electrón - el de su última capa - a la nube).
c) El KCl (cloruro de potasio) es
un sólido iónico constituido por iones K+ y Cl-
dispuestos en una red cristalina. Puesto que para que una sustancia sea
conductora, además de existir cargas eléctricas, éstas han de ser móviles se
comprende que el KCl sea un mal conductor. Sin embargo, al fundir, como los
iones salen de sus posiciones fijas en la red y pueden moverse, se convertirá
en conductor.
d) En la molécula de agua, el par
de electrones del enlace O-H está muy atraído por el O, muy electronegativo. El
protón (núcleo de H) queda así descubierto de carga negativa, constituyendo un
polo positivo muy intenso y permitiendo al oxígeno de una molécula contigua
acercarse mucho. De este modo, se forman fuertes uniones entre las moléculas de
agua, que constituyen el enlace de hidrógeno.
3) Describir
la geometría de las moléculas que forman los compuestos moleculares: OF2,
NF3 y SiF4. ¿Son polares o apolares? (2 puntos)
SOLUCIÓN
OF2
|
Configuración electrónica
|
A
|
N
|
O: 1s22s22p4
|
6
|
8
|
F: 1s22s22p5
|
7
|
8
|
Número total de electrones
disponibles: A = 6+2 · 7 = 20 electrones.
Total de electrones que caben en la
capa de valencia: N = 8 + 2 · 8 = 24 electrones.
S = 24 - 20 = 4 electrones
compartidos = 2 enlaces
P = 20 - 4 = 16 electrones sin
compartir = 8 pares sin compartir
GEOMETRÍA: De acuerdo con la
TRPECV, hay 4 pares de electrones (dos de ellos sin compartir) en torno al
oxígeno, que se dirigen hacia los vértices de un tetraedro para minimizar las
repulsiones. Como hay dos pares de electrones sin compartir, la geometría
resultante será ANGULAR.
De acuerdo con la Teoría de
Hibridación, el O presenta hibridación sp3 formando 4 orbitales
híbridos iguales dirigidos hacia los vértices de un tetraedro. Dos de ellos,
están ocupados por pares de electrones sin compartir.
Con los otros dos, forma sendos
enlaces σ con los orbitales 2pz de los dos flúor, en cada uno de los
cuales hay un electrón desapareado. Como consecuencia de esto, la geometría
resultante será ANGULAR.
Tal y como muestra la figura, es de
esperar que esta molécula sea POLAR
ya que la suma vectorial de los momentos dipolares de sus dos enlaces da un
momento dipolar total distinto de cero.
NF3
|
Configuración electrónica
|
A
|
N
|
N: 1s22s22p3
|
5
|
8
|
F: 1s22s22p5
|
7
|
8
|
Número total de electrones
disponibles: A = 5+3 · 7 = 26 electrones.
Total de electrones que caben en la
capa de valencia: N = 8 · 4 = 32 electrones.
S = 32 - 26 = 6 electrones
compartidos = 3 enlaces
P = 26 - 6 = 20 electrones sin
compartir = 10 pares sin compartir
GEOMETRÍA: De acuerdo con la
TRPECV, hay cuatro pares de electrones en torno al nitrógeno, dirigidos hacia
los vértices de un tetraedro para minimizar las repulsiones electrónicas. Como
uno de ellos es un par sin compartir, la geometría es una PIRÁMIDE TRIANGULAR.
Según la Teoría de Hibridación, el
N presenta hibridación sp3 con cuatro orbitales híbridos iguales
dirigidos hacia los vértices de un tetraedro: uno de ellos está ocupado por un
par de electrones sin compartir y los otros tres forman enlaces σ con los
orbitales 2pz de los flúor que tienen electrones desapareados. Como
consecuencia, la geometría que presenta
la molécula es
PIRÁMIDE
TRIANGULAR.
La molécula, tal y como muestra la
figura, es POLAR ya que tiene
un momento dipolar total distinto de cero.
SiF4
|
Configuración electrónica
|
A
|
N
|
Si: 1s22s22p63s23p2
|
4
|
8
|
F: 1s22s22p5
|
7
|
8
|
Número total de electrones
disponibles: A = 4+7 · 4 = 32 electrones.
Total de electrones que caben en la
capa de valencia: N = 8 · 5 = 40 electrones.
S = 40 - 32 = 8 electrones
compartidos = 4 enlaces
P = 32 - 8 = 24 electrones sin
compartir = 12 pares sin compartir
GEOMETRÍA: De acuerdo con la
TRPECV, hay cuatro pares de electrones compartidos en torno al Si que, para
minimizar las repulsiones electrónicas, se deben colocar dirigidos hacia los
vértices de un tetraedro. Por tanto, la geometría es TETRAÉDRICA.
De acuerdo con la Teoría de
Hibridación, el Si presenta hibridación sp3 con 4 orbitales híbridos
iguales, cada uno de los cuales se dirige hacia un vértice del tetraedro
formando un enlace σ con los orbitales 2pz de los flúor que tienen
electrones desapareados. Como consecuencia,
la geometría que presenta la molécula es TETRAÉDRICA.
A pesar de que los enlaces Si-F son
polares, la molécula es APOLAR
porque la suma vectorial de los cuatro momentos dipolares es nula.
4) Un láser emite luz cuya longitud de onda es
780 nm.
a) ¿Cuál es la frecuencia de esa
radiación? (1 punto)
b) ¿Qué energía tiene un fotón de
esa longitud de onda? (1 punto).
Datos:
velocidad de la luz, c = 3 · 108 m/s; constante
de Planck , h = 6,63 · 10-34 J · s
SOLUCIÓN
a)
λ = c · T = c/ν; 
ν = c/λ
ν = c/λ
ν = 3 · 108 / 780 ·10-9= 3,85 · 1014 s-1
b) E = h · ν
E
= 6,63 · 10-34 · J · s · 3,85 · 1014 s-1 = 2,55 · 10-19 J
5) Calcula
la afinidad electrónica del flúor a partir de los siguientes datos:
Energía
de sublimación del rubidio (Rb): 78 kJ/mol
Energía
de disociación del flúor (F2): 160 kJ/mol
Energía
de ionización del rubidio: 402 kJ/mol
Entalpía
de formación del fluoruro de rubidio (RbF): - 552 kJ/mol
Energía
reticular del fluoruro de rubidio: - 760 kJ/mol
(2 puntos)
ΔHf° = ES + 1/2 Ed + EI + AE + U
ΔHf°- ES - 1/2 Ed - EI - U = AE
- 552 - 78 - 1/2 · 160 - 402- (- 760) = AE
AE = - 352 kJ/mol.
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