Ejercicios: Geometría, hibridación y polaridad

El átomo de carbono en el metano, $\mathrm{CH_4}$, forma cuatro enlaces idénticos dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular, con ángulos de enlace de $109,5^\circ$. Datos: $Z(\mathrm{C}) = 6$ (configuración fundamental: $1s^2\,2s^2\,2p^2$), $Z(\mathrm{H}) = 1$.

1. a) Explique el modelo de enlace de valencia e hibridación empleado para justificar los cuatro enlaces equivalentes.
2. b) Indique el tipo de solapamiento que da lugar a los enlaces $\sigma$ y aclare brevemente por qué la hibridación es un modelo operativo y no un estado cuántico observable.

Considere los hidrocarburos eteno, $\mathrm{C_2H_4}$, y etino, $\mathrm{C_2H_2}$. Los números atómicos son $Z(\mathrm{C}) = 6$ y $Z(\mathrm{H}) = 1$.

1. a) Describa el tipo de hibridación que presenta el átomo de carbono en cada hidrocarburo, indicando la orientación geométrica de los orbitales híbridos y el número de orbitales atómicos $p$ puros que quedan sin hibridar.
2. b) Cuantifique razonadamente el número total de enlaces de tipo $\sigma$ y de tipo $\pi$ presentes en cada molécula, señalando qué orbitales se solapan para formar cada uno.

El 1,2-dicloroeteno, $\mathrm{C_2H_2Cl_2}$, se presenta en dos formas estereoisoméricas estables a temperatura ambiente: el isómero cis y el isómero trans. Datos: $Z(\mathrm{C}) = 6$, $Z(\mathrm{H}) = 1$, $Z(\mathrm{Cl}) = 17$. Puntos de ebullición normales experimentales: sustancia A ($60,3\,^\circ\mathrm{C}$), sustancia B ($47,5\,^\circ\mathrm{C}$).

1. a) Describa la hibridación de los átomos de carbono, los enlaces que conforman el doble enlace y justifique por qué ambos isómeros son separables a temperatura ordinaria.
2. b) Represente vectorialmente los momentos dipolares de enlace en cada isómero, identifique justificadamente cuál es el cis y cuál el trans a partir de sus temperaturas de ebullición y explique la causa de la diferencia física observada.