Ejercicio resuelto de Orgánica · Química · Asturias · 2023

a) Utilice los datos de la tabla para calcular el número de electrones desapareados que existen en los estados fundamentales de los iones $\text{Li}^+$ y $\text{O}^-$. [0,50 puntos]

$$	$\text{Li}$	$\text{O}$ $Z$	$3$	$8$

b) [1,50 puntos]

b.1) ¿Qué nombre recibe el compuesto que se forma al hacer reaccionar propan-2-ol con una disolución acuosa ácida de dicromato de potasio, $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$? [0,50 puntos]

b.2) Escriba la fórmula estructural semidesarrollada de dicho compuesto. [0,50 puntos]

b.3) ¿Qué tipo de reacción ha tenido lugar? [0,50 puntos]

$\textbf{a) Utilice los datos de la tabla para calcular el número de electrones desapareados que existen en los estados fundamentales de los iones Li⁺ y O⁻. [0,50 puntos]}$

El procedimiento es el mismo en los dos casos: se cuentan los electrones del ion (los del átomo neutro menos la carga), se escribe la configuración por orden de llenado y se reparte la última subcapa según la regla de Hund, que exige ocupar orbitales distintos con espines paralelos antes de emparejar.

$\textbf{Li}^+$: el litio tiene $Z = 3$, luego el catión tiene 2 electrones.

$\mathrm{Li^+}: \quad 1s^2$

El único orbital ocupado está completo, con los dos electrones de espines opuestos por el principio de exclusión de Pauli. No queda ninguno desapareado:

$\textbf{0 electrones desapareados}$

Era previsible: el $\mathrm{Li^+}$ tiene la configuración del helio, un gas noble.

$\textbf{O}^-$: el oxígeno tiene $Z = 8$, y el anión mononegativo, 9 electrones.

$\mathrm{O^-}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^5$

La subcapa $2p$ tiene tres orbitales y cinco electrones: dos orbitales quedan completos y en el tercero solo cabe uno sin pareja.

$2p: \quad (\uparrow\downarrow)\ (\uparrow\downarrow)\ (\uparrow)$

$\textbf{1 electrón desapareado}$

El $\mathrm{O^-}$ tiene la configuración del flúor neutro, y de ahí que le siga faltando un electrón para completar el octeto; ese es el motivo de que el ion óxido estable sea el $\mathrm{O^{2-}}$ y no el $\mathrm{O^-}$.

$\textbf{b.1) ¿Qué nombre recibe el compuesto que se forma al hacer reaccionar propan-2-ol con una disolución acuosa ácida de dicromato de potasio? [0,50 puntos]}$

El dicromato de potasio en medio ácido es un oxidante, y lo que se oxida es el carbono que lleva el hidroxilo. El propan-2-ol es un alcohol $\textbf{secundario}$, así que su oxidación se detiene en la cetona: el carbono del $\mathrm{-OH}$ solo tiene un hidrógeno, y una vez perdido no hay forma de seguir oxidando sin romper la cadena.

$\mathrm{CH_3-CH(OH)-CH_3} \xrightarrow{\ \mathrm{K_2Cr_2O_7},\ \mathrm{H^+}\ } \mathrm{CH_3-CO-CH_3}$

El producto es la $\textbf{propanona}$, la acetona.

$\textbf{b.2) Escriba la fórmula estructural semidesarrollada de dicho compuesto. [0,50 puntos]}$

$\mathrm{CH_3-CO-CH_3}$

$\textbf{b.3) ¿Qué tipo de reacción ha tenido lugar? [0,50 puntos]}$

Una reacción de $\textbf{oxidación}$. Conviene fijar el contraste con los alcoholes primarios, que en las mismas condiciones se oxidan primero a aldehído y después hasta ácido carboxílico, porque su carbono conserva dos hidrógenos. Un alcohol terciario, en cambio, no tiene ninguno y no se oxida.

Como comprobación se puede seguir el cromo: pasa de $+6$ en el $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$ naranja a $+3$ en el $\mathrm{Cr^{3+}}$ verde, y ese cambio de color es la señal visual de que la oxidación ha tenido lugar.