Teórico Semana 8 (parte 1)

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ENLACE QUÍMICO Dr. Hugo Cerecetto Prof. Titular de Química Temario 6. Modelos del enlace químico: - Enlace Químico - Definición de unión química - Tipos de enlace - Energía de enlace - Polaridad - Enlace iónico - Definición de enlace iónico - Modelo iónico ideal - Evidencias de la existencia de iones - Energía de red - Ciclo de Born-Haber - Enlace covalente - Definición - Concepto de carga formal Temario 6. Modelos del enlace químico: - Concepto de resonancia en las estructuras de Lewis - Estimación de la entalpia de las reacciones mediante energía de enlace - Interpretación del enlace mediante la superposición de orbitales atómicos - Hibridación - Enlace de transito - Concepto de polarización - Electronegatividad - Carácter iónico parcial - Enlace metálico - Enlace de coordinación Bibliografía HECHOS Y Preguntas … PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES ¿PORQUÉ LA SAL DE MESA (NaCl) PRODUCE DISOLUCIONES QUE CONDUCEN LA CORRIENTE? ¿PORQUÉ EL AZÚCAR (SACAROSA) PRODUCE DISOLUCIONES QUE NO CONDUCEN LA CORRIENTE? HECHOS Y Preguntas … METALES ¿PORQUÉ TIENEN BRILLO? ¿PORQUÉ NO AISLAN TERMICAMENTE? HECHOS Y Preguntas … COMPUESTOS CON IGUAL FÓRMULA MOLECULAR ¿PORQUÉ TIENEN DIFERENTES PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS? HECHOS Y respuestas … .. LAS RESPUESTAS SE ENCUENTRAN EN EL TIPO DE ENLACE QUE MANTIENEN UNIDOS A LOS ÁTOMOS EN UNA DETERMINADA MOLÉCULA .. Molécula: es un agregado de, por lo Molécula: menos, dos átomos que se mantienen unidos químicamente, a través de un enlace químico, químico, en una estructura definida y que se comporta como unidad independiente ENLACE QUÍMICO DeFINICIÓN - Fuerza de unión que existe entre dos átomos, cualquiera que sea su naturaleza, debido a la transferencia total o parcial de electrones para adquirir ambos la configuración electrónica estable correspondiente a los gases inertes y formar moléculas estables - Esta unión entre los átomos, átomos, disminuye la energía potencial entre partículas negativas y positivas (ya sea iones de carga opuesta o núcleos atómicos y los electrones entre ellos) ENLACE QUÍMICO DeFINICIÓN - El enlace químico es entonces la fuerza neta resultante de las interacciones a nivel microscópico que mantiene juntos a dos átomos y hace que éstos funcionen como unidades estables que a nivel macroscópico se manifiestan como sustancias puras de composición y propiedades definidas MODELOS DE ENLACE 1. Enlace iónico 2. Enlace covalente 3. Enlace metálico ENLACE QUÍMICO MODELOS DE ENLACE 1. Enlace iónico 2. Enlace covalente 3. Enlace metálico ENLACE QUÍMICO DEFINICIONES Energía de enlace: enlace: también llamada fuerza de enlace es la energía requerida para vencer la atracción neta. neta. Es el calor requerido (∆H) para romper el enlace en 1 mol de moléculas gaseosas en condiciones estándard (298K, 298K, 1 atm atm)) Longitud (distancia) de enlace: enlace: es la distancia entre los núcleos de dos átomos enlazados Ángulo interinter-enlaces (de enlace): es el ángulo formado por los núcleos de dos átomos unidos a un átomo central (vértice del ángulo) ángulo) ENLACE QUÍMICO …. volviendo a la definición “Fuerza de unión que existe entre dos átomos, cualquiera que sea su naturaleza, debido a la transferencia total o parcial de electrones para adquirir ambos la configuración electrónica estable correspondiente a los gases inertes y formar moléculas estables” ¿Cuáles son esos electrones electrones?? tipo de electrones recordando o electrones interiores (core core)): aquellos en el gas noble previo y en cualquier serie de transición completa. completa. Llenan todos los niveles de baja energía de un átomo o electrones exteriores: exteriores: aquéllos en el nivel más alto de energía (mayor valor de n). Pasan la mayor parte del tiempo alejados del núcleo o electrones de valencia: valencia: aquéllos presentes en la formación de compuestos. compuestos. Entre los grupos principales, los electrones de valencia son los electrones exteriores. exteriores. Entre los elementos de transición, algunos electrones interiores d también están implicado a menudo en el enlace y se cuentan entre los electrones de valencia tabla periódica y Configuración electrónica Grupo asociado con la configuración electrónica externa general recordando tabla periódica y Configuración electrónica recordando ENLACE COVALENTE Un átomo puede adquirir la configuración electrónica de un gas noble compartiendo electrones con otros átomos.. Un enlace químico, formado al compartir un átomos par de electrones, se denomina enlace covalente ENLACE COVALENTE ENLACE COVALENTE A- Ausencia de interacción C- Enlace covalente B- Comienzo de la atracción D- Combinación de fuerzas ENLACE COVALENTE El par de electrones compartidos llena simultáneamente el nivel externo de ambos átomos Este par de electrones recibe el nombre de par compartido o par enlazante H:H H -H H- Un par de electrones que es parte de la capa de valencia de uno de los átomos involucrados en el enlace, pero que no está implicado en el mismo, se denomina par solitario par solitario o par no compartido par no compartido par nono-enlazante HF par enlazante Estructura de Lewis: símbolo de puntos - Gilbert Lewis es quien planteó que los átomos se combinan para alcanzar la configuración electrónica de un gas noble (para ser isoelectrónico con el gas noble) - Cuando los átomos interactúan para formar el enlace químico sólo entran en contacto sus regiones más externas:: externas participan los electrones de valencia - Para reconocer los electrones de valencia y asegurarse que el número total de electrones no cambia durante una reacción se utiliza el sistema de puntos desarrollado por Lewis Estructura de Lewis: símbolo de puntos - Símbolos de Lewis electrónelectrón-punto punto:: el símbolo del elemento representa el núcleo atómico y los electrones internos, mientras que los puntos que lo rodean representan a los electrones de valencia Cada punto representa un único electrón de valencia - Así, por ejemplo, para el azufre (16S), que tiene configuración electrónica [Ne Ne]]3s23p4, la estructura de Lewis correspondiente es es:: Estructura de Lewis: símbolo de puntos 1) El número del grupo A (1A a 8A) en que se encuentra el elemento en la tabla periódica indica el NÚMERO DE ELECTRONES DE VALENCIA 2) Se coloca UN punto a la vez, en los cuatro lados del símbolo (arriba, abajo, izquierda y derecha) 3) Cuando sea necesario se forman PARES de puntos hasta que se usa el total de electrones Estructura de Lewis: símbolo de puntos 4) La colocación específica de los puntos NO ES IMPORTANTE 5) El número y el apareamiento de los puntos proporcionan información sobre el comportamiento del elemento al formar enlaces 6) Al formarse un enlace el átomo 6.1) Si es metálico: metálico: el número de puntos es el número de electrones que pierde para formar un catión 6.2) Si es no no--metálico: metálico: los puntospuntos-electrones no apareados se aparean, por ganancia o compartición Estructura de Lewis: símbolo de puntos MgF2 F 2 2s2 2p6 3s2 Mg – 1s 12 2 2s2 2p2 2p2 2p1 F – 1s 9 Mg F El fluoruro de magnesio es una sal donde el metal (Mg) cede sus dos electrones, para dar un catión, y cada átomo de no no--metal (cada átomo de F) acepta un electrón, para dar un anión F- (Mg2+ ) FLa estructura de Lewis se puede representar teniendo en cuenta que ocurre esa transferencia electrónica Estructura de Lewis: símbolo de puntos NH3 1H H HNH 1s1 – 2 2s2 2p1 2p1 2p1 N – 1s 7 Para enlaces covalentes covalentes,, cada par de electrones que se aparean para dar un enlace se representan con una línea de trazo entero entero.. Los electrones que no forman enlaces se representan como tales asociados al átomo que los sustenta H H N H Estructura de Lewis: símbolo de puntos NH3 1H 1s1 – 2 2s2 2p1 2p1 2p1 N – 1s 7 H HNH Regla del octeto (para nono-metales): Los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta quedar rodeados por ocho e- de valencia (isoelectrónicos (isoelectrónicos al gas noble siguiente) El octeto de electrones son cuatro pares de electrones de valencia acomodados alrededor del átomo Principales excepciones (átomos que “expanden” el octeto):: Se observa en elementos a partir del período 3 octeto) (existencia de orbitales nd no saturados que se pueden utilizar).. Por ej utilizar) ej.. S, P y Cl Estructura de Lewis: símbolo de puntos Regla del octeto y enlaces múltiples En muchos casos para que la regla del octeto se cumpla, en una representación de estructura de Lewis de una molécula dada, es necesario entender el enlace entre dos átomos como un ENLACE MÚLTIPLE (doble o triple) CO2 2 2s2 2p1 2p1 C – 1s 6 2 2s2 2p2 2p1 2p1 O – 1s 8 O C O O -C -O no CUMPLEN LA REGLA DEL OCTETO PARA CUMPLIR LA REGLA DEL OCTETO SE DEBE RACIONALIZAR A TRAVÉS DE LA FORMACIÓN DE UN ENLACE DOBLE CC-O O C O O =C = O Estructura de Lewis: símbolo de puntos NH3 1H 1s1 – 2 2s2 2p1 2p1 2p1 N – 1s 7 H HNH Las estructuras de Lewis son útiles pero deben interpretarse con cuidado En general desatienden la geometría verdadera de la molécula ReSONANCIA: DesLOCALIZACIÓN DE ELECTRONES DE ENLACE A menudo es posible escribir más de una estructura de Lewis, cada una con la misma posición relativa de los átomos sin embargo diferente posición de los electrones anión cianato, NCOEstructura de Lewis Pero también pueden plantearse las siguientes estructuras de Lewis Las tres estructuras representan adecuadamente al anión y ninguna por si sola lo representa completamente (según los datos experimentales) Como se necesita de las tres formas para representarlo se dice que los electrones resuenan y que estas son formas resonantes ReSONANCIA: DesLOCALIZACIÓN DE ELECTRONES DE ENLACE La forma de representar adecuadamente a la entidad es a través de las formas resonantes Las formas resonantes se interconectan con flechas de resonancia (flechas de dos punta punta)) y se encierran entre paréntesis rectos porque todas son responsables de representar a la entidad y ninguna de ellas por sí sola lo hace adecuadamente Además se pueden utilizar flechas que muestran el movimiento de los electrones de enlace que pasan de una forma resonante a la otra ReSONANCIA cArgA fOrmAL: ELECción de la forma resonante más contribuyente a la estructura Puede ocurrir que no todas las formas resonantes contribuyan igualmente a la estructura de Lewis de la entidad Para determinar la(s) forma(s) más contribuyente(s) se puede determinar la carga formal sobre cada uno de los átomos en cada forma resonante Carga formal de un átomo = no de e- de valencia – (no de e- no enlazados + no de enlaces) La forma resonante más contribuyente será aquella que 1. Estructuras de Lewis neutras 2. Tenga cargas formales más pequeñas 3. No tenga cargas formales iguales en átomos vecinos 4. Que tenga cargas formales (-) sobre átomos más electronegativos ReSONANCIA cArgA fOrmAL: ELECción de la forma resonante más contribuyente a la estructura (-2) (0) (+1) ((--1) (0) (0) (0) Forma resonante más contribuyente (0) ((-1) Combinando …. Estructuras de Lewis, Regla del octeto, Resonancia y cArgA fOrmAL Ejemplo.. Formule la estructura de Lewis para el ión nitrato (NO3-) Ejemplo Para resolverlo es conveniente aplicar las siguientes etapas en la formulación inicial de la estructura de Lewis Lewis:: 1. Sumar todos los electrones de valencia de todos los átomos presentes en la fórmula (en caso de tener carga negativa se suma un electrón extra por carga y si es positiva se resta electrón electrón)) 2. Escribir los símbolos de los elementos involucrados escribiendo el átomo menos electronegativo en el centro de la molécula 3. Enlazar el átomo central a los restantes átomos, considerando que se usan dos electrones de valencia por cada enlace formado 4. Los restantes electrones de valencia ubicarlos, de a pares, en los átomos externos (no central) hasta completar su octeto 5. Los electrones de valencia que quedan se deben ubicar, de a pares, en el átomo central Combinando …. Estructuras de Lewis, Regla del octeto, Resonancia y cArgA fOrmAL Ejemplo.. Formule la estructura de Lewis para el ión nitrato (NO3-) Ejemplo 1s2 2s2 2p3
5 electrones de valencia 2 2 4 8O- 1s 2s 2p
como son 3 oxígenos hay 18 electrones de valencia Es un anión
se considera 1 electrón más 7N- Se deben colocar 24 electrones de valencia Se ubican y enlazan los átomos O O N O Se ubican los restantes electrones de a pares en los átomos externos
en los enlaces se ubicaron 6 electrones de valencia restan ubicar 18 electrones de valencia O O N O Combinando …. Estructuras de Lewis, Regla del octeto, Resonancia y cArgA fOrmAL Ejemplo.. Formule la estructura de Lewis para el ión nitrato (NO3-) Ejemplo Solamente los oxígenos cumplen la regla del octeto Por lo que, para que también el nitrógeno cumpla la regla del octeto octeto,, se podrían plantear las siguientes estructuras O O N O O O N O O O O N O O N O Combinando …. Estructuras de Lewis, Regla del octeto, Resonancia y cArgA fOrmAL Ejemplo.. Formule la estructura de Lewis para el ión nitrato (NO3-) Ejemplo Si es posible representar a una entidad con los átomos en una posición fija pero los electrones son los que se arreglan de distinta forma, se utiliza una representación por resonancia Para decidir la forma resonante más contribuyente, o conocer la carga que aporta cada átomo a la entidad, se determinan las cargas formales O O N O Combinando …. Estructuras de Lewis, Regla del octeto, Resonancia y cArgA fOrmAL Ejemplo.. Formule la estructura de Lewis para el ión nitrato (NO3-) Ejemplo - Por un lado, se identifican las formas resonantes más contribuyentes (las tres últimas) que cumplen mejor el criterio de cargas formales - Por otro lado, la suma de cargas formales permite verificar la carga del anión e identificar qué átomo es el responsable de la carga final de la entidad -1 +2 -1 -1 +1 -1 0 +1 -1 -1 +1 0 -1 0 -1 -1 Tarea 11 Comienzo Sábado 28/6 20:00 h