ENERGIA DE ENLACE HUGO TORRENS

Transcripción

1 ENERGIA DE ENLACE HUGO TORRENS LA MICROSCOPIA DE FUERZA ATOMICA (MFA) SE USA PARA MEDIR LAS FUERZAS DE ENLACE. AQUÍ ENTRE FRAGMENTOS DE ANTICUERPOS Y PEPTIDOS MUCIN 1

2 ENERGIA DE ENLACE ENERGIA DE DISOCIACION ES EL CAMBIO DE ENTALPIA PARA LA REACCION: D = H KJmol-1 RX F-F O=O H-F Cl-Cl S=S H-Cl Br-Br Se=Se H-Br I-I Te=Te H-I R + X OJO HUGO TORRENS

3 VARIACION DE LA ENERGIA DE ENLACE CON EL ORDEN DE ENLACE EN CC, NN, CN Y CO

4 ENERGIA DE ENLACE ENERGIA DE ENLACE PROMEDIO ES EL PROMEDIO DE LOS CAMBIOS DE ENTALPIA PARA LAS REACCIONES: RX n RX n-1 + X H 1 RX n-1 RX n-2 + X H 2 RX n-2 RX n-3 + X H 3 RX R + X H n H E = H/n KJmol -1 PARA METANO POR EJEMPLO: CH 4 CH 3 + H H 1 = CH 3 CH 2 + H H 2 = CH 2 CH + H H 3 = CH C + H H 4 = HUGO TORRENS E = /4 = KJmol -1

5 VALORES DE ENERGIA DE DISOCIACION O ENLACE PROMEDIO PARA ALGUNOS ENLACES SELECTOS KJmol -1 C-H 411 O-H C-C 345 C O O=O C=O N N N-O 201 S-S 268 N=O 607 C-S 272 S=O C=S 573 H-H N-N 247 N-H 391

6 PARA CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA, EL CAMBIO DE ENTALPIA PUEDE SER CALCULADO A PARTIR DE LOS VALORES DE LAS ENTALPIAS DE FORMACIÓN: ΔH = ΣΔH f o ( productos ) - ΣΔH f o ( reactivos ) TAMBIÉN PODEMOS HACER UN CALCULO APROXIMADO DEL CAMBIO DE ENERGÍA PRODUCIDO DURANTE UNA REACCIÓN MEDIANTE: ΔE = ΣD ( productos ) - ΣD( reactivos ) LA APROXIMACIÓN ΔH ΔE ES "ADECUADA" EN LA MAYORIA DE LOS CASOS, SOBRETODO CUANTO MAS ALEJADO DE CERO SEA EL VALOR DE ΔE HUGO TORRENS

7 PARA CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA, EL CAMBIO DE ENTALPIA PUEDE SER CALCULADO A PARTIR DE LOS VALORES DE LAS ENTALPIAS DE FORMACIÓN: ΔH = ΣΔH f o ( productos ) - ΣΔH f o ( reactivos ) TAMBIÉN PODEMOS HACER UN CALCULO APROXIMADO DEL CAMBIO DE ENERGÍA PRODUCIDO DURANTE UNA REACCIÓN MEDIANTE: ΔE = ΣD ( productos ) - ΣD( reactivos ) NEGATIVOS POSITIVOS USAR LOS VALORES DE D, SIEMPRE NEGATIVOS! LA APROXIMACIÓN ΔH ΔE ES "ADECUADA" EN LA MAYORIA DE LOS CASOS, SOBRETODO CUANTO MAS ALEJADO DE CERO SEA EL VALOR DE ΔE HUGO TORRENS

8 SE ROMPEN:1 ENLACE H-H Y 1 ENLACE I-I SE FORMAN: 2 ENLACES H-I

9 VALORES DE ENERGIA DE DISOCIACION O ENLACE PROMEDIO PARA ALGUNOS ENLACES SELECTOS KJmol -1 C-H 411 O-H C-C 345 C O O=O C=O N N N-O 201 S-S 268 N=O 607 C-S 272 S=O C=S 573 H-H 432 N-N 247 N-H 391 H-I I-I

10 SE ROMPEN:1 ENLACE H-H Y 1 ENLACE I-I SE FORMAN: 2 ENLACES H-I H-H 432 I-I H-I 2 X

11

12 NH 3 Disociacjón de N 2 => D(N N) = KJmol -1 Disociación de 3H 2 => 3 D(H-H) = 3(-432.0) = KJmol -1 ΣD (reactivos) = KJmol -1 Formación de 2NH 3 => 6 D(N-H)= 6(-390.8) = KJmol -1 ΣD (productos) = KJmol-1 ΔE = (-2340) - ( ) = KJmol-1 Para una sola mol de NH 3, ΔE = /2 KJmol-1 = KJmol-1 ( /46.19)100=10.7% EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DEL AMONIACO ES DE ΔH = Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 11% HUGO TORRENS

13 FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N 2 H 4 ), DEL AMONIACO (NH 3 ) Y LA COMBUSTIÓN DE ETANO: N 2 + 2H 2 N 2 H 4 N 2 + 3H 2 2NH 3 CH 3 -CH 3 + 7/2 O 2 H 2 O + CO 2 N 2 H 4 Disociación de N 2 => D(N N)= KJmol -1 Disociación de 2H 2 => 2 D(H-H)= 2(-432.0) = KJmol -1 ΣD(reactivos) = KJmol -1 Formación de N-N => D(N-N)= -247 KJmol -1 Formación de N 2 H 4 => 4 D(N-H).= 4(-390) = KJmol -1 ΣD(productos) = KJmol -1 ΔE = (-1807) - ( ) = -1.3 KJmol -1 (ΔH = -1.8 KJmol -1 ) ( /1.8)100 = 27.8% EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N 2 H 4 ) ES DE ΔH = -1.8 Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 30%. HUGO TORRENS

14 COMBUSTIÓN DE ETANO. CH 3 -CH 3 + 7/2 O 2 2CO 2 + 3H 2 O Disociar 6 C-H 6D(C-H) = 6(-413)KJmol -1 = KJmol -1 1 C-C (-348) KJmol -1 = -348 KJmol -1 7/2 O=O 7/2 (-495) KJmol -1 = KJmol -1 Total KJmol -1 Formar: 4 C=O 4(-799) KJmol -1 =-3196 KJmol -1 6 O-H 6(-463) KJmol -1 =-2778 KJmol -1 ΔH= Σ productos - Σ reactivos. Total KJmol -1 ΔH = (-5974 KJmol-1) - ( KJmol-1) = KJmol -1 EXPERIMENTALMENTE, SE OBTIENE ΔH = KJmol -1 QUE REPRESENTA, DESDE LUEGO, UNA EXCELENTE APROXIMACIÓN. HUGO TORRENS

15 6 INDIQUE EL CAMBIO DE ENERGIA INVOLUCRADO Y LA DIRECCION ESPERADA PARA LA SIGUIENTE REACCION 2N 2 H 4 + 1/2S 8 2N 2 + 4H 2 S A) 1220 KJmol -1 A LA DERECHA B) 1220 KJmol -1 A LA IZQUIERDA C) 520 KJmol -1 A LA DERECHA D) 520 KJmol -1 A LA IZQUIERDA E) 1644 KJmol -1 A LA IZQUIERDA ΔH = ΔH(productos) - ΔH(reactivos) ΔH = ΔH(N 2 +H 2 S) - ΔH(N 2 H 4 +S) 2N 2 H 4 2N-N=2(-167)= N 2 H 4 8N-H=8(-386)= /2S 8 8/2 S-S=8/2(-211)= -844 Total N 2 2N N=2(-941)= H 2 S 8S-H=8(-363) Total ΔH = ΔH(-4786) - ΔH(-4266) = -520 ΔH = ΔH(productos) - ΔH(reactivos) ΔH = ΔH(N 2 H 4 +S) - ΔH(N 2 +H 2 S) ΔH = ΔH(-4266) - ΔH(-4786) = 520 Δ= = -520 por la formación de N 2 y 4H 2 S a la derecha

16 CONSIDEREMOS DE UNA MANERA MUY ESQUEMÁTICA LAS REACCIONES QUÍMICAS EN UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA. EN ESTAS MAQUINAS SE QUEMA GASOLINA, QUE PODEMOS FORMULAR COMO (-{CH 2 }-) N Y QUE EN MÉXICO, DESAFORTUNADAMENTE, CONTIENE DERIVADOS DE AZUFRE ( -C-S-, -C=S, -C-SH, -S-S- O, EN GENERAL, R-S ETC.), QUE ENTRA A LOS PISTONES MEZCLADA CON AIRE (N 2, O 2, ETC.) DONDE UNA CHISPA CATALIZA LA REACCIÓN DE COMBUSTIÓN. CON ESTOS ELEMENTOS, PODEMOS CONSIDERAR LA REACCIÓN GENERAL: O 2 + N 2 + (-{CH 2 }-) N GASOLINA + R-S H 2 O + CO N + N N O M + SO N + OTROS VALVULA ABIERTA MEZCLA AIRE GASOLINA CHISPA CAMARA DE COMBUSTION PISTON

17 EL SIGUIENTE ESQUEMA MUESTRA ALGUNAS DE LAS REACCIONES INDIVIDUALES QUE PUEDEN POSTULARSE: 2O 2 + GAS 2H 2 O + 2CO O2 + 2CO 2CO 2 REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA) REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA) O 2 + N 2 2NO REACCIÓN 3 2O 2 + N 2 2NO2 REACCIÓN 4 O 2 + N 2 + 2NO 2 2N 2 O 2 REACCIÓN 5 9/2 O (-CH 2 -SH) 3H 2 O + 2 CO SO 2 REACCION 6 4 O 2 + (-CH 2 -S-CH 2 -) 3H 2 O + 2CO 2 + SO 2 REACCION 7 DE ACUERDO A ESTAS REACCIONES, LAS ENERGÍAS DE ENLACE (EN KJmol -1 ) PARA REALIZAR CADA UNO DE LOS CÁLCULOS, SON LAS SIGUIENTES:

18 DISOCIACION FORMACION C-H 411 O-H C-C 345 C O O=O C=O N N N-O 201 S-S 268 N=O 607 C-S 272 S=O C=S 573 H-H 432 REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA) 2 O 2 + (-CH 2 -CH 2 -) 2H 2 O + 2CO 2 D(O=O) + 4 D(H-H) + 3D (C-C) 4 D(0-H) + 2 D(C O) 2 (-494) + 4 (-432) + 3 (-345) 4 (-459) + 2 (-1072) ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = = -229 KJmol -1 REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA) O 2 + 2CO 2CO 2 D (O=O) + 2 D(C O) 4 D(C=O) (-494) + 2(-1072) 4 (-799) ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = = -558 KJmol -1 HUGO TORRENS

19 REACCIÓN 3 O 2 + N 2 2NO D(O=O) + D(N N) 2 D(N=O) (-494) + (-942) 2 (-607) ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = = 222 KJmol -1 REACCIÓN N 2 2 NO 2 2 D(O=O) + D(N=N) 4 D(N=0) 2(-494) + (-942) 4 (-607) ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = = -498 KJmol -1 REACCIÓN 5 O 2 + N NO 2 2 N 2 O 2 D(O=O) + D(N N) + 4 D(N=0) 4 D(N=O) (-494) + (-942) + 4 (-607) 4 (-607) ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = = -720 KJmol -1 HUGO TORRENS

20 REACCIÓN 6 9/2 O (-CH 2 -SH) 3H 2 O + 2CO 2 + 2SO 2 9/2 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) + 2 D(S-H) 6 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O) 9/2 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) + 2 (363) 6 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532) ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = = KJmol -1 REACCIÓN 7 4O 2 + (-CH 2 -S-CH 2 -) 2H 2 O + 2CO 2 + SO 2 4 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) 4 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O) 4 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) 4 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532) ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = = KJmol -1 HUGO TORRENS

21 SI ΔH TOMA UN VALOR NEGATIVO, EL PROCESO SERÁ EXOTÉRMICO MIENTRAS QUE SI ADQUIERE UN VALOR POSITIVO SERÁ ENDOTÉRMICO. ESTE NO ES UN CRITERIO ABSOLUTO PERO ES UNA ADECUADA APROXIMACIÓN A LA PROBABLE ESPONTANEIDAD Y DIRECCIÓN QUE PUEDE ESPERARSE PARA UNA REACCIÓN DETERMINADA. POR EJEMPLO, PARA LAS REACCIONES ANTERIORES: REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA) (-CH 2 -CH 2 -) 2H 2 O + 2CO ΔE = -229 KJmol -1 REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA) O CO 2 CO 2 ΔE = -558 KJmol -1 REACCIÓN 3 O 2 + N, 2 NO ΔE = 222 KJmol -1 REACCIÓN 4 2O 2 + N 2 2 NO 2 ΔE = -498 KJmol -1 REACCIÓN 5 O 2 + N NO 2 2 N 2 O 2 ΔE = -720 KJmol -1 REACCIÓN 6 9/2 O (-CH 2 -SH) 3 H 2 O + 2 CO SO 2 ΔE = KJmol -1 REACCION 7 4 O 2 + (-CH 2 -S-CH 2 -) 2H 2 O + 2CO 2 + SO 2 ΔE = KJmol-1 HUGO TORRENS

22 COMBUSTION POBRE REGION DE FALLA DE ENCENDIDO SALIDA DE LLAMA RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0, MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0 HUGO TORRENS

24 COMBUSTION POBRE REGION DE FALLA DE ENCENDIDO SALIDA DE LLAMA HUGO TORRENS

28 HUGO TORRENS

29

30 QUE ATOMO, EN FLUOROBENCENO, ES EL MAS ELECTRONEGATIVO C 6 H 5 F EN TODA MOLECULA, TODOS LOS ATOMOS TIENEN LA MISMA ELECTRONEGATIVIDAD. COMO RESULTADO, CADA ATOMO TIENE DIFERENTE CARGA ELECTRICA PARCIAL.

31 ESTIME LAS CARGAS PARCIALES EN FLUOROBENCENO C 6 H 5 F PAULING F= 4.1 PAULING C= PAULING H= 2.2 EN TODA MOLECULA, TODOS LOS ATOMOS TIENEN LA MISMA ELECTRONEGATIVIDAD. COMO RESULTADO, CADA ATOMO TIENE DIFERENTE CARGA ELECTRICA PARCIAL.

32 CUAL EL ANCHO MAXIMO EN FLUOROBENCENO

37

38 CUAL ES EL VOLUMEN APROXIMADO DEL FLUOROBENCENO V = AREA DE LA BASE (CIRCULO) POR ALTURA (VDW DE CARBONO)

39 ESTIME LA DENSIDAD DEL FLUOROBENCENO =m/v m=19 + 6(12) + 5(1)= 96 gmol -1 V= (vol molecula )(num Avogadro)

40 EL PUNTO DE EBULLICION DEL FLUOROBENCENO ES MAYOR AL DE BENCENO - + PARA BENCENO μ = 0 μ = x

41 COMO PODRIAN ACOMODARSE LAS MOLECULAS EN ESTADO SOLIDO

42 COMO REACCIONARIA FLUOROBENCENO CON NaH NaH

43 COMO REACCIONARIA FLUOROBENCENO CON NaH NaF

44 CUAL ES EL ENLACE MAS DEBIL

45 CUAL ES EL ENLACE MAS FUERTE

46 CUAL ES LA ENERGIA NECESARIA PARA DESCOMPONERLO 6(C-C)AROMATICO + 5(C-H)+ C-F C-C = 835 C-H = KJmol -1 C-F = 485

47 ES FACTIBLE OBTENER FLUOROBENCENO DE SUS COMPONENTES 7550 KJmol -1 5/2H 2 = 5/2(432) 5/2 H 2 + ½ F C 2 1/2F 2 = ½(158) 2614 KJmol -1 3C 2 = 3(485)