3 QUIMICA Schaum

PROBLEMAS RESUELTOS 147
Estructura incorrecta
Figura 9-27
puede proponer una estructura diferente basada en un anillo de tres miembros (figura 9-27). 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.
9.6. Se determina experimentalmente que el ion azida es lineal, la distancia de los enlaces nitrógeno-nitrógeno
adyacentes es igual a 116 pm. a) Evalúe la carga formal de cada átomo de nitrógeno, en cada una de las tres
estructuras lineales que cumplen con el octeto de la figura 9-26. b) Indique cuál es la importancia relativa de
las tres estructuras de resonancia.
a) En la estructura a) de la figura 9-26, se asigna al N central 2 1 de los cuatro pares compartidos, es decir, cuatro electrones.
Tal número es uno menos que la cantidad de electrones de valencia de un átomo de N libre; este átomo tiene una
carga formal de +1. A cada N terminal se le asignan cuatro electrones no compartidos más 2 1 de los dos pares compartidos,
un total de seis electrones. La carga formal es −1. La carga neta del ion es −1, la suma de 2(−1) + 1.
En las estructuras b) y c) de la figura 9-26, el N central vuelve a tener cuatro electrones asignados, con una carga
formal resultante de +1. El N terminal con el enlace triple tiene 2 electrones más 2 1 de 3 pares (un total de 5) con una
carga formal de 0. El N terminal con un enlace sencillo tiene 6 más 2 1 de 1 par (total = 7) con una carga formal de −2.
La carga neta del ion es −1, la suma de +1 y −2.
b) La estructura a) es la más importante, porque no tiene carga formal de magnitud mayor que 1. Para la estructura a), la
distancia del enlace N—N se calcula como (70 + 70) menos el acortamiento de 21 pm por el enlace doble, o sea 119
pm. La longitud observada es 116 pm.
9.7. El ion sulfato es tetraédrico, con cuatro distancias iguales S—O, de 149 pm. Dibuje una fórmula estructural
razonable que concuerde con lo anterior.
Cada uno de los cinco átomos que intervienen pertenece al grupo VIA, por lo cual hay 30 electrones (6e − de cada
átomo). Además hay dos electrones adicionales para que la carga iónica neta sea −2. Es posible colocar los 32 electrones
de valencia en una estructura que cumpla con el octeto que sólo tenga enlaces sencillos. Hay dos objeciones a esta estructura
(figura 9-28). La primera es que la distancia de enlace calculada, r S + r O = 104 + 66 = 170 pm, es muy grande. La
segunda es que la carga formal calculada del azufre, +2, es muy alta. Sin embargo, esta estructura aparece mucho en los
libros de texto. La lógica es que la corta longitud de enlace es el resultado de la fuerte atracción entre el azufre con +2 y
los oxígenos con −1 (cargas formales).
Una estructura como la de la figura 9-29 asigna la carga formal cero al azufre, y −1 a cada uno de los oxígenos con
enlace sencillo. El acortamiento de la longitud debido a la formación del enlace doble ayuda a explicar la corta distancia
de enlace observada (149 pm, en lugar de 170 pm calculada). Naturalmente eso implica otras estructuras de resonancia (en
total seis) con lugares alternados de los enlaces dobles. Para estructuras como ésta, con un nivel de valencia aumentado más
allá del octeto, se considera en general que implican orbitales d del átomo central. Es la razón por la que los elementos de
segundo periodo (C, N, O y F) no forman compuestos que requieran más de ocho electrones de valencia por átomo (el
subnivel 2d simplemente no existe).
Figura 9-28 Figura 9-29