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Solución:
Solución 1:
Aquí está el diagrama de Walsh que representa todos los orbitales moleculares de valencia (un diagrama que muestra cómo los orbitales moleculares individuales cambian en energía debido a la flexión alrededor del átomo central). El oxígeno tiene 6 electrones de valencia, por lo que el ozono tiene 18 electrones en total. Si comenzamos por la derecha donde el ozono sería lineal, podemos ver que todos los orbitales hasta el $2pi_mathrm u$ orbitales (no te preocupes por qué se llaman así) están doblemente ocupados y los dos $2pi_mathrm u$ ambos orbitales están ocupados individualmente.
Nota: 6a$_1$ y 2b$_1$ tienen el signo incorrecto en los orbitales p exteriores.
Si doblamos ligeramente la molécula (moviéndonos hacia la izquierda en el diagrama), podemos ver que hay una interacción favorable entre los orbitales de tipo p en el extremo, así como entre el negro del orbital de tipo p central y el negro. de los orbitales externos de tipo p (Alguien dibujó el $mathrm6a_1$ y $mathrm2b_1$ orbitales incorrectos, voltea el orbital central). Esto reduce la energía de la molécula.
Entonces, ¿por qué no se sigue doblando? Como buena aproximación de primer orden, podemos estimar la energía relativa de las configuraciones por el orbital de mayor energía (siempre que los otros orbitales no cambien demasiado). Podemos ver que si seguimos doblando, el $mathrm1a_2$ orbital y el $mathrm4b_2$ orbital comienza a elevarse en energía, eventualmente elevándose por encima del $mathrm6a_1$ orbital. Por lo tanto, demasiada flexión será desfavorable y, por lo tanto, el ozono prefiere un ángulo de enlace de alrededor $117^circ$.
Este mismo diagrama se puede utilizar para otras moléculas, como $ceCO2$. Intenta usarlo para descubrir por qué $ceCO2$ es lineal.
Solución 2:
Su conjetura sobre la repulsión electrónica es correcta: la repulsión entre los pares de electrones solitarios en los átomos de oxígeno conduce a una repulsión intensa a distancias tan cercanas que conducen a la inestabilidad. En comparación con esta resonancia, hay una configuración mucho más estable.
La tensión en las articulaciones de la estructura cíclica también hace su parte porque experimentalmente se encuentra que es anormal. La tensión provoca inestabilidad en el enlace y, finalmente, la molécula se descompondrá en constituyentes. El ángulo ideal para la estabilidad es de 109 grados y 28 minutos (no sé por qué, pero los experimentos muestran que es true). La tensión angular también se puede encontrar en el agua: para disminuir esa tensión, el agua colapsa en un ángulo de 104 grados.
La tensión anular o tensión angular es un tipo de inestabilidad que existe cuando los enlaces en una molécula forman ángulos que son anormales (es decir, generalmente no se encuentran en la naturaleza).
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