ENLACE QUÍMICO (2) Dr D. r. H u H go Cer e e r c e e c t e to Pr P o r f.. T i T tular d e Q u Q ími m ca

Transcripción

1 ENLACE QUÍMICO (2) Dr. Hugo Cerecetto Prof. Titular de Química

2 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

3 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

4 Bibliografía

5 TEORÍAS DE ENLACE COVALENTE 1) Teoría de enlace de valencia (EV) El enlace covalente se forma cuando los orbitales de dos átomos se traslapan (o fusionan) y son ocupados por un par de electrones que tienen la más alta probabilidad de localizarse entre losnúcleos La región de traslape es favorable para que los electrones residan, porque son atraídos simultáneamente por los dos núcleos con carga positiva.

6 TEORÍAS DE ENLACE COVALENTE 1) Teoría de enlace de valencia (EV) 1. Espines opuestos delos pares deelectrones. El espacio formadoporel traslape de orbitales tiene una capacidad máxima para 2 electrones que tendrán espinesopuestos 2. Máximo traslape de los orbitales enlazados. Mientras mayor es el traslape de orbitales, más fuerte (más estable) esel el enlace La extensión del traslape depende de la forma y dirección delos orbitales implicados Los orbitales s son esféricos, pero los orbitalespydtienen tienen mayor densidad electrónica en una dirección que en otra, de forma que un enlace que involucre orbitales p o d tiende a orientarse en la dirección que maximice el traslape

7 TEORÍAS DE ENLACE COVALENTE 1) Teoría de enlace de valencia (EV).veamos un casoparticular, la molécula de agua. H y 8O 1s 2 2s 2 2p x2 2p y1 2p z 1 1H 1s 1 H O z x y. espacialmente el agua sería. 90 o H O z x H

8 TEORÍAS DE ENLACE COVALENTE 1) Teoría de enlace de valencia (EV) y.sin embargonoes esasí. 90 o H O z x H

9 TEORÍAS DE ENLACE COVALENTE 1) Teoría de enlace de valencia (EV) 3. Hibridación de orbitales atómicos. Linus Pauling propuso que los orbitales atómicos de valencia en la molécula son diferentes de aquellos en los átomos aislados Cálculos de mecánica cuántica muestran que la mezcla matemática de ciertas combinaciones de orbitales en un átomo da como resultado nuevos orbitales atómicos Las orientaciones espaciales de estos orbitales conducen a enlaces más estables y son consistentes con las formas molecularesobservadas

10 TEORÍA EV hibridación Hibridación: combinación lineal delas funciones deondas de orbitales para generar nuevas funciones de onda de orbital Orbitaleshíbridos: nuevos orbitales atómicos a) El número de orbitales híbridos obtenido es igual al número de orbitales atómicoscombinados b) El tipo de orbitales híbridos varía de acuerdo con los tipos de orbitales atómicoscombinados

11 TEORÍA EV hibridación sp BeCl 2

12 TEORÍA EV hibridación sp BeCl 2

13 TEORÍA EV hibridación Enla hibridaciónsp: - Se genera dos orbitales híbridos sp equivalentes - Dispuestos180 o entre sí sp - Cada orbital híbrido sp consta enun lóbulo pequeñoyenen otro grande - Forma lineal para la molécula

14 TEORÍA EV hibridación sp 2 BF 3

15 TEORÍA EV hibridación Enla hibridaciónsp 2 : sp 2 - Se generan tres orbitales híbridos sp 2 equivalentes - Dispuestos hacia los vértices deun triángulo equilátero, con sus ejes a 120 o entre sí - Arreglo del grupo de electrones trigonal planar y las formas moleculares derivadas deéste

16 TEORÍA EV hibridación sp 3 NH 3 H 2 O (OH 2 )

17 TEORÍA EV hibridación Enla hibridaciónsp 3 : sp 3 - Se generan cuatro orbitales híbridos sp 3 equivalentes - Dispuestos hacia los vértices de un tetraedro regular, con sus ejes a 109 o 28 entre sí - Arreglo tetraédrico de las formas moleculares derivadas deéste

18 TEORÍA EV hibridación sp 3 d PCl 5

19 TEORÍA EV hibridación Enla hibridaciónsp 3 d: sp 3 d - Se generan cinco orbitales híbridos sp 3 d - Dispuestos hacia los vértices de una bipirámide trigonal (90 o y 120 o de ángulointer-enlace enlacehíbrido) - Arreglo bipiramidal trigonal de las formas moleculares derivadas deéste

20 TEORÍA EV hibridación sp 3 d 2 SF 6

21 TEORÍA EV hibridación Enla hibridaciónsp 3 d 2 : sp 3 d 2 - Se generan seis orbitales híbridos sp 3 d 2 equivalentes - Dispuestos hacia los vértices de un octaedro (90 o de ángulo inter-enlaceenlace híbrido) - Arreglo octaédrico de las formas moleculares derivadas deéste

22 RESUMEN

23 RESUMEN

24 TEORÍAS DE ENLACE COVALENTE 1) Teoría de enlace de valencia (EV) Hibridación de de orbitales atómicos. Los orbitales atómicos de valencia en la molécula son diferentes de aquellosenlos átomos aislados Es la combinación lineal de las funciones de ondas de orbitales atómicos de valencia para generar nuevas funciones de onda de orbital de enlace Orbitales híbridos serán - En número, igual al número de orbitales atómicoscombinados - En tipo, según los orbitales atómicoscombinados

25 TEORÍAS DE ENLACE COVALENTE 1) Teoría de enlace de valencia (EV) Hibridación Explica -Estructuras tridimensionales -Combinaciones atómicas no explicadas por otras teorías

26 Tipos de enlaces covalentes 1.- Traslape extremo a extremo: enlace sigma(σ) - mayor densidad electrónica a lo largo del eje del enlace - tiene la forma de una elipse que se ha rotado alrededor de su ejemayor -todos los enlaces sencillos son enlaces σ BF 3 enlace σ

27 Tipos de enlaces covalentes 2.- Traslape ladoalado lado: enlace pi(π) - dos regiones de densidad electrónica, una por arriba y otra por debajo

28 Tipos de enlaces covalentes 2.- Traslape ladoalado lado: enlace pi(π) - dos regiones de densidad electrónica, una por arriba y otra por debajo del eje del enlace σ -los electrones se mueven por ambas regiones del enlace -los enlaces múltiples(dobles y triples) tienen enlaces π -un enlace doble consiste siempre enun enlaceσyun enlace π -un enlace triple consiste enun enlaceσydos enlaces π NO - 3 considerando resonancia enlace π O O N O

29 Tipos de enlaces covalentes 2.- Traslape ladoalado lado: enlace pi(π) - dos regiones de densidad electrónica, una por arriba y otra por debajo del eje del enlace σ -los electrones se mueven por ambas regiones del enlace -los enlaces múltiples(dobles y triples) tienen enlaces π -un enlace doble consiste siempre enun enlaceσyun enlace π -un enlace triple consiste enun enlaceσydos enlaces π H C C H enlace π enlace π

30 2) Teoría de orbitales moleculares POR combinación lineal de orbitales atómicos (OM-CLOA).veamos un casoparticular, el oxígeno molecular.. el oxígeno molecular se comporta como una sustancia paramagnética. Paramagnetismo: tendencia de las especies con electrones desapareados deser atraídas porun campo magnéticoexterno

31 2) Teoría de orbitales moleculares POR combinación lineal de orbitales atómicos (OM-CLOA) - las moléculas se representan como una colección de núcleos con los orbitales que contienen a loselectrones - tratamiento mecánico-cuánticocuántico delas moléculas(uso de Ψ) - las moléculas tienen orbitales moleculares (OM) de una energía y forma dadas, ocupados por los electrones de las moléculas Desventaja: - los orbitales moleculares son más difíciles de visualizar que las representaciones sencillas de la teoría RPECV (repulsión de electrones de capa de valencia) o que los orbitales híbridos dela teoría EV

32 2) Teoría OM-CLOA Formación de orbitales moleculares: se tienen dos modos de combinación delos orbitales atómicos(oa) (OA): a) Sumar las funciones de onda entre sí: esta combinación forma unom OMde enlace, el cual tiene una región de alta densidad electrónica entre los núcleos. El traslape incrementa la probabilidad de que los electrones se encuentren entre los núcleos b) Sustraer las funciones de onda entre sí: esta combinación forma un OM de antienlace, el cual tiene un nodo entre los núcleos, una región de densidad electrónica cero. La probabilidad de que los electrones ocupen el espacio entre los núcleos disminuye acero Los orbitales de antienlace se representan conun asterisco

33 2) Teoría OM-CLOA OM de enlace OM de antienlace

34 2) Teoría OM-CLOA OM de antienlace OM de enlace

35 2) Teoría OM-CLOA El número deoa combinados siempre equivale al número deom formados El OM de enlace tiene menor energía (más estable) que los OA que se combinaron para formarlo, mientras que el de antienlace tiene mayor energía(menos estable) Para que los OA interactúen de manera efectiva y se formenom deben tener energías y orientaciones similares

36 2) Teoría OM-CLOA -LosOMse llenan en orden ascendente deenergía -Un OM tiene una capacidad máxima de dos electrones con espines opuestos(principio principio de exclusión) -Los OM de la misma energía se llenan parcialmente, con espines paralelos, antes de que se llene cualquiera de ellos (regla de Hund)

37 2) Teoría OM-CLOA Orden de enlace= = 1/2[(nº e - en OM enlace)-(nº e - en OM antienlace)] - Un orden de enlace mayor que cero indica que la especie molecular es estable en comparación con los átomos separados, mientras que un orden de enlace cero implica que no hay una estabilidad neta y, por tanto, no hay probabilidad dequese forme. En general, a mayor orden de enlace, más fuerte será éste. -Es posible escribir configuraciones electrónicas para una molécula El símbolo para cada OM ocupado se muestra entre paréntesis, y el número de electrones está escrito fuera como un superíndice Así, enel el caso delh 2,enque ambos OMson orbitales σ sería(σ 1s ) 2

38 2) Teoría OM-CLOA Orden de enlace= = 1/2[(nº e - en OM enlace)-(nº e - en OM antienlace)] - Un orden de enlace mayor que cero indica que la especie molecular es estable en comparación con los átomos separados, mientras que un orden de enlace cero implica que no hay una estabilidad neta y, por tanto, no hay probabilidad dequese forme. En general, a mayor orden de enlace, más fuerte será éste. - A través de este concepto se puede explicar porqué la molécula dehe 2 no existe mientras queelióndehe 2+ existe

39 2) Teoría OM-CLOA NIVELES DE ENERGÍA - El orden de los niveles de energía de los OM, sin importar si son de enlace o antienlace, se basa en los niveles de energía de los OAy en el modoenque quese combinan los orbitales p - Los OM formados de orbitales σ 2s son menores en energía que los formados con orbitales σ 2p, porque los OA 2s son menores en energía que losoa2p -Los OM de enlace tienen menor energía que los OM de antienlace, asíqueσ 2p esde menor energía queσ 2p *yπ 2p esde menor energía que π 2p * - Los orbitales atómicos p pueden interactuar en mayor medida cuando se da extremo a extremo que cuando es de manera lateral (lado a lado). Por lo tanto, el OM σ 2p es de menor energía que el OM π 2p ; el efecto desestabilizador del σ 2p * es mayor que el del π 2p *, por lo quela energía del primero es mayor queladel segundo

40 2) Teoría OM-CLOA NIVELES DE ENERGÍA

41 2) Teoría OM-CLOA NIVELES DE ENERGÍA paramagnético OA O OM O 2 OA O

42 2) Teoría OM-CLOA NIVELES DE ENERGÍA -Sólo losoade energía similar interactúan para formar OM -Cuando los OA en el orbital p están parcialmente llenos, como en los átomos de B, C y N, las repulsiones son pequeñas, así que las energías 2p están mucho más cercanas a las energías 2s -Como resultado, suceden algunas combinaciones entre los orbitales 2s deun átomoyel extremo deun orbital 2p del otro -Esta combinación de orbitales disminuye la energía de los orbitales σ enlazante y antienlazante correspondientes a los orbitales s y aumenta la de los OM σ correspondientes a los orbitales p; los orbitales π noseven afectados

43 2) Teoría OM-CLOA NIVELES DE ENERGÍA B, C y N

44 2) Teoría OM-CLOA Diagramas de OM para moléculas diatómicas heteronucleares: Las moléculas diatómicas heteronucleares son aquellas compuestas por dos átomos diferentes Estas tienen diagramas de OM asimétricos debido a que los orbitales atómicos delos dos átomos tienen energías distintas Los átomos con mayor carga nuclear efectiva mantienen unidos sus electrones más cerca del núcleo y así tienen orbitales atómicos de menor energía Una mayor Z ef también le otorga a estos átomos mayor electronegatividad

45 2) Teoría OM-CLOA Diagramas de OM para moléculas diatómicas heteronucleares

46 Tarea 12 Comienzo Viernes 04/7 20:00 h