1.6: Problemas
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1. Escribir estructuras de octeto (incluyendo cargos formales, orden de enlace y forma molecular) para SeO 3 2-, SeF 4, xEF 4, HClO 3 (= HocLo 2), NO 3 - y ClO 2 +.
2. Escriba estructuras de octeto (incluyendo cargos formales, orden de enlace y forma molecular) para Al 2 Cl 6, SnCl 3 -, BrF 4 -, HocLo, SO 3 y NO 2 +.
3. Mostrar usando resonancia por qué el enlace S-O es ligeramente más corto en SO 2 F 2 que en SO 2.
4. Dar las fórmulas para cinco moléculas estables y/o iones que son isoelectrónicos con amoníaco.
5. Nombrar tres moléculas o iones bien conocidos que sean isoelectrónicos con (a) O 3, (b) BF, (c) CO 3 2-, y (d) N 3 -.
6. Nombrar tres moléculas o iones bien conocidos que sean isoelectrónicos con (a) CN -, (b) H 2 O, (c) BF 3, y (d) CO 2.
7. La distancia de unión N-N es de 1.10 Å en N 2. Usando la fórmula Longitud del enlace Pauling — fuerza de unión, D (n) = D (1) - 0.6 log (n), calcule la distancia de unión en el catión N 2 +.
8. En hidroxilamina, H 2 NOH, la distancia de enlace N-O es de 1.46 Å. Usando la fórmula de longitud de unión Pauling - fuerza de unión, estime las distancias de unión N-O en NO 2 y NO 3 -.
9. Mientras que PF 5 y SF 6 son moléculas estables, NF 5 y OF 6 son desconocidas. ¿Se pueden dibujar estructuras de octeto para estos compuestos? ¿Por qué estas moléculas serían inestables?
10. Considera los compuestos NH 3 y PH 3. El ángulo de enlace H-N-H en amoníaco es de 108 o (cercano al ángulo tetraédrico, 109.5 o), pero el ángulo análogo en PH 3 es de 93 o. ¿Por qué el ángulo en PH 3 está más cerca de 90 o que el ángulo tetraédrico?
11. Dos estructuras hipotéticas para el ion N 2 F 3 + son [N-NF 3] + y [F-N-NF 2] +. ¿Cuál es más estable? Explique. (Nota: las líneas en las fórmulas pueden representar enlaces simples o múltiples)
12. El difluoruro de criptón, KrF 2, se descompone a la temperatura del hielo seco a Kr y F 2. Sin embargo, varias sales del ion [KrF] + son relativamente estables. Dibuje imágenes de bonos de valencia para KrF 2 y [KrF] +, mostrando pares solitarios, posibles estructuras de resonancia, cargos formales, órdenes de bonos y ángulos de enlace. ¿Por qué [KrF] + es más estable que KrF 2?
13. Considere la molécula ClF 3 O 2 (con Cl el átomo central). ¿Cuántos isómeros son posibles? ¿Cuál es el más estable?
14. La distancia de enlace Br-F en el compuesto interhalógeno BrF es de 1.76 Å. Utilice esta información para estimar las longitudes promedio de los enlaces en BrF 3 y BrF 5.
15. Las distancias de enlace B-H son aproximadamente las mismas en BH 3 y BH 4 -. sin embargo, la distancia de enlace B-F en BF 3 es más corta que en el ion BF 4 -. Explique.
16. La energía de disociación del enlace N-N en hidrazina (H 2 N-NH 2) es 159 kJ/mol. La energía de disociación del triple enlace N-N en N 2 es de 941 kJ/mol, es decir, mucho mayor que tres veces la energía de disociación del enlace sencillo N-N en hidrazina. Explique por qué el enlace N-N en la hidrazina es tan débil, y por qué este efecto no se ve en N 2.
17. Demostrar que un conjunto de tres orbitales híbridos sp 2 satisface los siguientes criterios: (a) cualesquiera dos orbitales en el conjunto sp 2 son ortogonales, y (b) los orbitales están normalizados adecuadamente.
18. Mecánicamente cuántico, el impulso (p) de una partícula que viaja en una dirección específica (por ejemplo, la dirección x) se puede obtener operando en su función de onda\(\psi\) con el operador de impulso:
\[ \hat{p}\psi = p\psi , \: \textrm{where} \: \hat{p} = -i \hbar \frac{\delta}{\delta x}\]
Conocer la forma correcta de este operador fue la clave para la formulación de Schrödinger del operador hamiltoniano\( \hat{H} = \frac{\hat{p}^{2}}{2m} + V\), que opera en una función de onda para dar la energía total. El operador de impulso también debe ser consistente con la relación de Broglie\( p = \frac{h}{\lambda}\), que relaciona el momento con la longitud de onda de la partícula.
Por analogía con las ondas electromagnéticas, Schrödinger sabía que una partícula en forma de onda (como un electrón) que viajaba en el espacio libre en la dirección x podría describirse mediante la función de onda:
\[ \psi(x, t) = Ae^{i(kx - \omega t + \varphi)}\]
donde el número de onda k está inversamente relacionado con la longitud de onda de Broglie de la partícula λ por\( k = \frac{2\pi}{\lambda}\). Aquí A es una constante de normalización, ω es la frecuencia de la onda, y\(\varphi\) representa su fase.
Mostrar usando el operador momentum\(\hat{p}\) que el valor del momentum p que obtenemos para una partícula libre de\(\hat{p}\psi = p\psi\) es consistente con la relación de Broglie,\(p= \frac{h}{\lambda}\).
(Pista: k, ω y\(\varphi\) son independientes de x)
19. ¿Qué enlaces S-N en el ion cíclico S 4 N 3 + predeciría que serían los más cortos? La conectividad atómica en el anillo es: -S-S-N-S-N-S-N-. [Pista: determinar el número de enlaces π en la molécula por conteo de electrones y luego encontrar las estructuras de resonancia más estables].
20. F tiene una electronegatividad mayor que Cl, y F 2 es un agente oxidante mucho más fuerte que Cl 2, a pesar de que la afinidad electrónica del flúor (-328 kJ/mol) es más débil que la del cloro (-349 kJ/mol). Explique esta aparente contradicción.
21. (a) Explicar por qué los enlaces C-H, N-H y O-H en compuestos químicos son más fuertes que los enlaces Si-H, P-H y S-H, respectivamente. (b) Explicar por qué los bonos simples C-F, N-F y O-F siguen la tendencia opuesta, es decir, son más débiles que los bonos simples Si-F, P-F y S-F, respectivamente.