M A T E R I A L E S ENLACES QUIMICOS

Transcripción

1 M A T E R I A L E S ENLACES QUIMICOS I

2 FUERZAS DE ATRACCIÓN Intramoleculares: entre átomos de una molécula Determinan tipo de sustancia y propiedades químicas. Intermoleculares: entre moléculas Determinan estado de agregación y propiedades físicas. Átomos Enlazados Moléculas: H 2, O 2, N 2, F 2 Redes metálicas: Cu, Fe, Zn Macromoléculas: Diamante, Cuarzo, Polímeros Redes iónicas: NaCl, CaF 2, K 3 PO 4 Gases Nobles: son inertes, configuración s 2 p 6 Regla del Octeto

3 Tipos de Enlace Intramoleculares Iónico (Metal + No Metal) Covalente (No Metal + No Metal) Metálico (Metal + Metal)

4 Estructuras de Lewis: símbolo del elemento y puntos para representar los electrones de valencia (última capa).

5 Estructura de Lewis: muy útil para elementos representativos pero falla con elementos de transición.

6 Enlace Iónico Metal (baja E y EI) + No Metal (alta E y EI) cuando DE mayor a 1,7 hay transferencia neta de electrones Ej.: Na (baja E) y Cl (alta E) DE = 0,9 3,0 = 2,1

7 Fuerza de atracción entre dos partículas de carga opuesta: F = k q +. q - d 2 (ley de Coulomb)

8 Propiedades Compuestos Iónicos no conducen la corriente en estado sólido conducen la corriente fundidos (2º especie) puntos fusión y ebullición altos sólidos cristalinos quebradizos Solubles en disoluciones polares (como el agua)

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11 Conductividad Eléctrica y Movilidad Iónica Sólido Fundido Disuelto

12 La aplicación de una diferencia de potencial a una solución acuosa de una sal o ácido mineral o sal fundida produce circulación de corriente LOS ELECTROLITOS SON CONDUCTORES DE SEGUNDA ESPECIE (por el movimiento de los iones con el consecuente transporte de materia) La conductividad de los electrolitos aumenta con la temperatura.

13 Enlace Covalente No Metal + No Metal o No Metal + H (E y EI similares) cuando ΔE menor a 1,7 se comparten pares de electrones

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15 Longitud y energía de enlace Enlace Longitud (pm) Energía (kj/mol) H H H C H I H O H F H Cl C C C=C C C C N C O C Cl O H O O O=O F C Cl Cl Br H Br Br

16 Tipos de enlace covalente

17 Ejemplos:

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19 COVALENTE COORDINADO O DATIVO: el par de electrones de enlace es proporcionado por un solo átomo SO 2 SO 3

20 Polaridad de enlace: Atomos iguales ΔE=0 enlace covalente apolar Atomos diferentes 0<ΔE<1,7 enlace covalente polar ΔE=0 ΔE=1,7 Covalente No Polar Covalente Polar Iónico

21 Diferencia de electronegatividad Carácter iónico porcentual Diferencia de electronegatividad Carácter iónico porcentual 0,1 0,5 1,7 51 0,2 1 1,8 55 0,3 2 1,9 59 0,4 4 2,0 60 0,5 6 2,1 67 0,6 9 2,2 70 0,7 12 2,3 74 0,8 15 2,4 76 0,9 19 2,5 79 1,0 22 2,6 82 1,1 26 2,7 84 1,2 30 2,8 86 1,3 34 2,9 88 1, ,5 43 3,1 91 1,6 47 3,2 93 ΔE < 1,7 Enlace Covalente ΔE 1,7 Enlace Iónico

22 Polaridad de las moléculas Molécula no polar (apolar): no se orienta en campo eléctrico Molécula polar (dipolo): se orienta en campo eléctrico Sin campo eléctrico Con campo eléctrico

23 Ej. Moléculas polares y no polares

24 Moléculas no polares (Momento dipolar μ = 0 no se orientan en un campo eléctrico) Moléculas polares (Momento dipolar μ 0 se orientan en un campo eléctrico)

25 Estructura de la molécula de agua

26 COVALENTE MACROMOLECULAR SiO 2 (cuarzo)

27 DIAMANTE GRAFITO Muy duro (10 en escala Mohs) Muy caro (escaso) Muy blando (1-2 en escala Mohs) Muy barato (carbón, abundante)

28 Structural diagrams of different types of nanostructures based on sp2-carbon: (a) graphene, (b) fullerene C60 containing a nitrogen atom (shown in blue), and (c) carbon nanotube.

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30 Estructura del diamante Estructura del grafito

31 Propiedades Compuestos Covalentes COVALENTE MOLECULAR fuerzas débiles entre moléculas gases, líquidos y sólidos con PF y PE < 300, 600ºC resp. no conducen la corriente COVALENTE MACROMOLECULAR agregados 3D de enlaces covalentes sólidos cristalinos con PF y PE > 1500, 2200ºC resp. no conducen la corriente

32 Enlace metálico Teoría del electrón libre: arreglo tridimensional (red) de iones positivos rodeados por los electrones de valencia que perdieron (móviles). Se alcanza la electoneutralidad. Modelo de la nube (mar) de electrones

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34 Propiedades físicas de los metales alta conductividad eléctrica (flujo de cargas) alta conductividad térmica (flujo de calor) superficies metálicas con brillo característico maleables (láminas) y dúctiles (alambres) no son quebradizos ( iónicos y covalentes) sólidos cristalinos: empaquetamiento compacto

35 Al aplicarse un campo eléctrico los electrones se desplazan libremente (sin mayor resistencia) generando una corriente eléctrica. LOS METALES SON CONDUCTORES DE PRIMERA ESPECIE (la corriente es transportada por electrones sin movimiento de materia)

36 Para la mayoría de los metales, la conductividad aumenta con la disminución de la temperatura. A muy bajas temperaturas algunos metales se vuelven superconductores (resistividad nula a la conducción de electrones) Ej.: Plomo (Tc < 15 ºK)

37 La ductilidad y maleabilidad de los metales está asociada con el empaque denso de los átomos. Dibujo

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39 Teoría de Bandas Los niveles de energía de los átomos forman bandas de energía en los cristales. Dichas bandas pueden estar superpuestas (metales) o separadas por regiones prohibidas (aisladores).

40 La resistividad de conductores, aislantes y semiconductores depende del delta de energía necesario para sortear la zona prohibida.

41 Resumen:

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44 Alto punto de fusión y ebullición? Conduce electricidad? Conduce la electricidad en estado líquido (fundido)? Conduce la electricidad al disolverse en agua? Se disuelve en agua? Maleabilidad y ductilidad? Enlace covalente Sustancia molecular Sólido covalente Enlace iónico Enlace metálico No Sí Sí Sí No No No Sí No No Sí Sí No No Sí -- Algunas No Sí -- No No No Sí Duro? No Sí Sí Si - No

45 Teoría Orbital Molecular Orbitales atómicos Orbitales moleculares

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48 Fuerzas de Atracción Intermoleculares Fuerzas ion-dipolo: se dan entre un ión y una molécula polar. Responsables de la disolución de sales iónicas en agua. Dependen de q, μ y d -2. Ej: a) Na + -H 2 O b) Cl - -H 2 O

49 Fuerzas ion-dipolo inducido: un ión altera la distribución electrónica de un átomo o molécula cercana resultando un dipolo inducido. Ej.: Na + -He

50 Fuerzas dipolo-dipolo: se dan entre moléculas que poseen momento dipolar permanente (enlaces polares y geometría apropiada). Corto alcance, varían según 1/d 4. Ej: H 2 O-H 2 O

51 Fuerzas dipolo-dipolo inducido: un dipolo permanente altera la distribución electrónica de un átomo o molécula no polar resultando un dipolo inducido. Ej: H 2 O-He

52 Fuerzas dipolo instantáneo-dipolo inducido (o de London o de Dispersión): un dipolo instantáneo (generado por el movimiento del electrón) modifica momentáneamente la distribución de electrones de una molécula cercana. Responsables licuación de los gases. Muy débiles, de corto alcance, varían según 1/d 7. Ej: He-He

53 Puente Hidrógeno: Se produce entre un átomo de H y un átomo de N, O o F (muy pequeños, muy electronegativos y con pares de electrones no compartidos). Explica los altos PE de HF, H 2 O y H 3 N.

54 Estructura tridimensional del hielo Cada átomo de O forma casi un tetraedro con 4 átomos de H (2 unidos por enlaces covalentes y 2 por puentes de hidrógeno). El espacio vacío en la estructura explica la baja densidad del hielo.

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56 Aumentan Intensidad relativa de las fuerzas intermoleculares o de van der walls Ion-Dipolo Enlace de Hidrógeno Dipolo-Dipolo Ion-Dipolo Inducido Dipolo-Dipolo Inducido Dispersion (London) Disminuyen

57 Fuerza Modelo Atracción Energía Ejemplo Intermolecular (kj/mol)

58 Gracias por su atención