Propiedades de los enlaces y de las moléculas

Transcripción

1 Propiedades de los enlaces y de las moléculas Dr. Enrique Ruiz Trejo Las leyes fundamentales necesarias para el tratamiento matemático de gran parte de la física y para toda la química ya son conocidas y las dificultades yacen únicamente en el hecho de que la aplicación de estas leyes conduce a ecuaciones que son demasiado complejas para ser resueltas. Paul Dirac Orden de enlace Lewis-Gillespie Número de pares electrónicos involucrados Enlace Simple Doble triple Molécula F-F O=O N N Orden de enlace

2 Orden de enlace Orden de enlace: 1 Orden de enlace: 2 Longitudes de enlace Molécula H 2 F 2 Cl 2 I 2 HF HCl HBr HI O 2 N 2 Enlace H-H F-F Cl-Cl I-I H-F H-Cl H-Br H-I O=O N_N Distancia (Å) Radio covalente para moléculas homonucleares: 1/2 de la distancia de enlace covalente. Los radios covalentes son aproximadamente aditivos H-H 0.37 Å Cl-Cl 1.00 Å H-Cl ~1.37 Å (1.27 Å) (depende del traslape de orbitales) Más pares electrónicos menor distancia internuclear 2

3 Energía de enlaces (kcal/mol) H C N O F H C = N = = O = = F Energías de enlace H 2 (g) 2H(g) Cl 2 (g) 2Cl(g) Energía de enlace: Entalpía necesaria para romper un enlace específico ΔH=+104 kcal/mol Proceso endotérmico: se requiere energía ΔH = +58 kcal/mol Proceso endotérmico (El proceso inverso es exotérmico) 3

4 Reacción endotérmica y reacción exotérmica Átomos Se rompen enlaces Reactivos Átomos Se forman enlaces ΔH o Se rompen enlaces Reactivos Se forman enlaces ΔH o Entalpía aproximada para una reacción: H 0 =E total proporcionada para romper enlaces +E total liberada para formar enlaces Problema Encuentre el cambio aproximado de entalpía para la combustión del gas hidrógeno: 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) H 0 =E total proporcionada para romper enlaces +E total liberada para formar enlaces 4

5 Solución 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) Enlaces que se rompen Número de enlaces rotos Energía promedio p/enlace (kcal/mol) Cambio de energía total (kcal) H-H (H 2 ) O=O (O 2 ) Enlaces que se forman Número de enlaces formados Energía promedio p/enlace (kcal/mol) Cambio de energía total (kcal) O-H (H 2 O) E para romper enlaces = kcal/mol kcal/mol = kcal/mol E liberada al formar enlaces = kcal/mol ΔH o reacción: = kcal/mol Para aquellos que ya llevaron termodinámica La entalpía de una reacción está definida como: H 0 = m H f 0 (productos) - n H f 0 (reactivos) m, n son coeficientes estequiométricos H f 0 es la entalpía estándar de formación Determinar entalpía de la reacción de formación de agua y comparar... 5

6 Constantes de fuerza de los enlaces F = kx m=m 1 m 2 /(m 1 +m 2 ) Moléculas poliatómicas: los diferentes enlaces vibran acoplados (no son independientes) f=número de vibraciones completas por segundo k= constante del resorte Enlace H-F O-H N-H C-H C=O Molecula HF H 2 O NH 3 CH 4 CO 2 k (Nm -1 ) Problema Cuántas veces oscila un enlace OH en un segundo? 6

7 Tendencia general Mayor orden de enlace Mayor energía y k del enlace Menor distancia de enlace Menor orden de enlace Menores energía y k Mayor distancia de enlace Polaridad de un enlace Δχ Covalente puro Electrones copartidos por igual Covalente polar Electrones compartidos desigualmente Iónico Transferencia de electrones 7

8 Enlace polar H Cl Dipolo eléctrico: sistema con dos cargas iguales y signos opuestos Momento dipolar: µ=qr Debye 1 D = 3.338x10-30 C m Moléculas polares en un campo eléctrico 8

9 Moléculas polares Amoniaco Agu a Dipolo eléctrico grande del agua: poder disolvente Moléculas no polares 9

10 Cis y trans dicloroetileno µ= 0 D µ = 1.89 D Momento dipolar Molécula HF HCl HBr HI H 2 O H 2 S geometría lineal lineal lineal lineal angular angular µ (D)

11 Problemas Cuál de las siguientes moléculas es polar? IBr BF 3 CH 2 Cl 2 Polaridad y reactividad Mecanismo de reacción de metanal con metanol y HCl gaseoso para la formación de hemiacetales. 11

12 Mecanismos de reacción: Sustitución SN2 Bromuro de metilo + ión amonia. Mecanismos de reacción: Eliminación E2 Formación de eteno 12

13 Hidrólisis de un éster en condiciones ácidas Más problemas Predecir geometría y polaridad Cl 2 O [ClO 3 ] - BrF 5 [NO 3 ] - [NH 4+ ] O