FIS Moléculas Y Sólidos

Transcripción

1 FIS-433- Moléculas Y Sólidos

2 Moléculas: Gupos de átomos unidos o pegoteados po algun tipo de enlace. Los átomos que se encuenta en una molécula se mantienen unidos debido a que compaten o intecambian electones. Estado ligado de electones y dos o más núcleos Enegía de enlace estable es meno que la enegía de los átomos sepaados

3 Enlaces Moleculaes se deben pincipalmente a fuezas electostáticas ente átomos (o iones) A medida que los átomos se apoximan actúan ambas fuezas atactiva y epulsiva A U + n B m

4 Enlace Iónico: se debe pincipalmente a la atacción de Coulomb ente iones de cagas opuestas. (W. Kossel 96) Ejemplo Sal Común, Clouo de Sodio (NaCl) Na:s s p 6 3s Fácil de ioniza bindando su electón 3s y foma un ión Na +, al enegía de ionización equeida es de 5. ev. Cl:s s p 5, El ión Cl - es más estable que el Cl. Afinidad electónica 3.6eV E eV Na+Cl NaCl Algunas caacteísticas de los compuestos fomados po este tipo de enlace son: Altos puntos de fusión. La mayoía son solubles en disolventes polaes. La mayoía son insolubles en disolventes apolaes. Una vez fundidos o en solución acuosa suelen conduci la electicidad.

5 Enlace Covalente: Se debe a la compatición de electones, que expeimentan simultáneamente atacciones de apoximadamente la misma magnitud, po dos o más átomos, la cual ebaja la enegía y hace, po consiguiente, que el sistema esultante sea más estable que los átomos po sepaado. Las eacciones ente dos NO METALES poducen enlace covalente. Este tipo de enlace se foma cuando la difeencia de electonegatividad no es suficientemente gande como paa que se efectúe tansfeencia de electones, entonces los átomos compaten uno o más paes electónicos en un nuevo tipo de obital denominado obital molecula

6 H 3? Toda teoía del enlace covalente debe se capaz de explica tes aspectos fundamentales del mismo: * Las popociones en que los átomos entan a foma pate de la molécula y el númeo total de átomos de ésta. * La geometía de la molécula. * La enegía de la molécula.

7 Enlaces de Van de Waals: Si dos moléculas estan sepaadas cieta distancia, se ataen ente sí po fuezas electostáticas débiles denominadas fuezas de van de Waals. Fueza de dipolo-dipolo: Cuando dos moléculas polaes (dipolo) se apoximan, se poduce una atacción ente el polo positivo de una de ellas y el negativo de la ota Fueza de dipolo-dipolo inducido: En cietas ocasiones, una molécula pola (dipolo), al esta póxima a ota no pola, induce en ésta un dipolo tansitoio, poduciendo una fueza de atacción intemolecula llamada dipolodipolo inducido. Fueza Van de Waals o de dispesión: fueza de atacción ente moléculas no polaes

8 Enlace de Hidogeno: Enlace de Hidogeno: Se poduce un enlace de hidógeno o puente de hidógeno cuando un átomo de hidógeno se encuenta ente dos átomos más electonegativos, estableciendo un vínculo ente ellos. El átomo de hidógeno tiene una caga pacial positiva, po lo que atae a la densidad electónica de un átomo cecano en el espacio. El enlace de hidógeno es poco enegético fente al enlace covalente coiente, peo su consideación es fundamental paa la explicación de pocesos como la solvatación o el plegamiento de poteínas

9 La Enegía y especto de Moléculas E E + E + E + T el tans ot E vib Enegía de Inteacción electostática Enegía vibacional Enegía Taslacional C.M. Enegía otacional La pate taslacional no se elaciona con la estuctua intena

10 Rotación de una Molécula Consideaemos el caso diatómico, donde la molécula sólo tiene dos gados de libetad otacionales, otación en tono a los ejes y y z E ot I Iω mm m + m µ L Iω J MQ Iω J ( J + ) h, J 0,,,... Númeo Cuántico Rotacional

11 Así el especto otacional de la molécula E ot J Iω 0,,,... h I J ( J + ), El espaciamiento de niveles de enegía adyacentes se encuenta e el ango de los micoondas o el infaojo lejano. J 6 5 E h I 4E 30E 4 0E J ± 3 E Enegía E h J 4π I 0 6E E 0

12 Hono Micoondas Niveles de Rotación Impotantes Magnetón oscilado genea micoondas con una fecuencia de 450 Mhz, de lo apendido podemos deci que la enegía del fotón asociado es.0*0-5 ev El especto de otación de la molécula de agua tiene un nivel de otación J E ot J.0* 0 J J 0 5 ev Las micoondas se absoben fuetemente. LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA DE LAS MOLÉCULAS EN ROTACIÓN A SUS ENTORNOS AUMENTA LA TEMPERATURA DE LA COMIDA

13 Vibación de una Molécula m R cm k El movimiento de los átomos de la molécula se puede descibi a tavés de la enegía cinética de los átomos m K & + m m & Si intoducimos las coodenadas del cento de masa y la coodenada elativa m R cm m, + m + m

14 K MR & cm & + µ donde M µ m + m, mm m + m La que si usamos coodenadas polaes puede se escita como & µ µ θ K MR& cm + & + Enegía Taslacional C.M. Enegía vibacional Enegía otacional La utilidad de las coodenadas del cento de masa es sepaa las contibuciones de la enegía cinética molecula total en la de taslación neta y Las contibuciones intenas

15 En las moléculas diatómicas los modos intenos son los esponsables de las tansiciones en las egiones infaoja y de micoondas del especto electomagnético k m m Poblema eal es muy complicado vamos a centa nuesta atención cuando La sepaación elativa de los átomos es pequeña, esto es en oscilaciones pequeñas En tono al punto de equilibio o el mínimo de la enegía potencial Enegía

16 Desaollamos en seie la enegía potencial vibacional de la molécula en tono al punto de equilibio... 3! (0) ) ( d U d d U d d du U U 0 0 Mínimo del potencial << También tenemos la libetad de coloca U(0) 0, ya que no estamos inteesados en la enegía absoluta ) ( k U 0 d U d k Constante de igidez del esote

17 Finalmente el poblema se educe a un potencial amónico, un esote con masa µ f π k µ Desde el punto de vista de la mecánica cuántica el poblema a esolve es h µ ψ ( ) + kx ψ ( ) Eψ ( ) Las soluciones de esta ecuación x apaecen en cualquie texto de mecánica cuántica y coesponde a ψ ( ) N e H ( ) n n n H n () Son los polinomios de Hemite La enegía esta dada po E n n + hω n 0,,,...

18 n + hω E n n 0,,,... n 5 Enegía Vibatoia hω h k E ω π m h 4 Reglas de selección n ± hf Las tansiciones ente niveles vibacionales se encuenta en la egión infaoja del especto 0 3 E 9 hω 7 hω 5 hω 3 hω hω

19 Espectos Moleculaes En geneal una molécula excitada gia y viba de manea simultanea. En pimea apoximación podemos considea que estos movimientos son independientes E mol Jn h J ( J + ) + ( n I + ) hω

20 Especto de absoción infaojo de HCl Ácido Clohídico, el doblete en las líneas se debe a que el cloo tiene dos isotopos 35Cl y 37CL