Explicación de las propiedades y los estados de agregación en los compuestos químicos en función de los tipos de enlace. vs. Usar las propiedades y los estados de agregación en los compuestos químicos para proponer modelos de enlace.
Las Sustancias Químicas (primero la realidad) Y los enlaces... (.. y después el modelo )
Podemos clasificar a las sustancias? Por qué es importante intentarlo?
Por estado de agregación Estado de agregación sólidos líquidos gases
Problemas... n A qué temperatura? n A qué presión? n En qué tiempo?
Problemas... n Semi metales n Metales de transición Cu +2, Cu +1 n Gases Nobles Xe = He? n Hidrógeno? metal alcalino?... halógeno?
Inorgánicas vs. orgánicas
Más problemas... n Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)... Sería entonces éste un compuesto orgánico..?
Orgánico o Inorgánico? n...los compuestos orgánicos son los que contienen carbono... n ( excepto los óxidos de carbono, los carbonatos, los tiocianatos, los cianuros, los carbonilos metálicos, los carburos, el acero...)
Más problemas n Basura inorgánica...... Como el plástico... n Verduras orgánicas... A diferencia de...?
Mejor volvamos a los estados de agregación... Empecemos por los sólidos
Sólidos de alta temperatura de fusión n
Diamante... T.f. = 4000 C (Cotton dice que es el mayor conocido...).
Grafito... n Tf = 4000 C...
Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) Tf = 1600 C
Hierro n Tf = 1528 C
Sal común n Tf = 801
Qué nos dice una alta temperatura de fusión? n Si es necesaria mucha energía para fundir al sólido, podemos explicarlo mediante interacciones multidireccionales n Cada entidad está unida a varias entidades vecinas y así sucesivamente n Se forman redes tridimensionales n Pero, no sabemos nada acerca de la naturaleza de las interacciones
Diamante NaCl CaF 2 GaAs
Sólidos de baja temperatura de fusión
Azufre, yodo, compuestos orgánicos
Qué nos dice una baja temperatura de fusión? n Si con poca energía se funde el sólido, podemos explicarlo mediante interacciones de dirección selectiva, (sólo en algunas direcciones se da una interacción fuerte) n Aquí las interacciones se dan con intensidad sólo entre algunos átomos vecinos y son débiles con los otros n Unidades discretas moléculas Al fundirse el sólido, éstas mantienen su identidad, sólo se separan unas de otras.
azufre yodo fenol
Moléculas n En las interacciones de dirección selectiva, hay átomos fuertemente unidos a otros átomos vecinos (con lo que se forman moléculas), n pero la interacción entre moléculas es relativamente débil. n En este caso, para pasar al estado líquido lo que se requiere es romper las interacciones débiles entre moléculas, por lo que la temperatura de fusión es baja.
Fósforo n Blanco, Tf = 44 C n Rojo, Tf = 590 C n Negro Tf = 610 C
Gases, líquidos o sólidos de baja temperatura de fusión n Suponer que una sustancia está formada por moléculas, permite explicar que exista como un gas, como un líquido o como un sólido con temperatura de fusión baja.
En resumen n Sólidos de alta temperatura de fusión: n Interacciones multidireccionales: REDES n Baja temperatura de fusión (sólidos, líquidos o gases) n Interacciones de direccionalidad selectiva: MOLÉCULAS
Aparte de la direccionalidad, Cómo es la naturaleza de las interacciones que unen a los átomos?
Necesitamos otra propiedad observable
por ejemplo...la cristalinidad...?
Tipos de sustancias que forman cristales n Los metales n Los compuestos iónicos n Los compuestos moleculares n Los compuestos covalentes reticulares n O sea... Casi cualquier tipo de sustancia puede formar cristales
Y la solubilidad...?
Problemas: n Las sustancias no son solubles o insolubles n Hay muchas sustancias iónicas insolubles en agua n Hay muchas sustancias covalentes (moleculares) solubles en agua
Algunos sólidos conducen la corriente
Algunos sólidos se disuelven en agua y conducen la corriente
Con esto podemos proponer modelos para la naturaleza de las interacciones en las sustancias con distintas propiedades?
Qué me dice la conductividad? n Si hay manifestación de cargas que se mueven, al aplicar una diferencia de potencial, es razonable suponer que hay separación de cargas en el material.
Enlace metálico n Los sólidos que conducen la corriente pueden concebirse como un conjunto de iones positivos que se encuentran ordenadamente colocados dentro de un mar de electrones libres. Les llamamos metales Esto explica: 1.- que sean sólidos cristalinos, pero maleables 2.- que conduzcan la corriente en estado sólido
Enlace iónico n Los sólidos que no conducen la corriente como tales, pero que sí lo hacen al fundirse o disolverse en agua, pueden concebirse como un conjunto entidades de carga opuesta (aniones y cationes). n Esto puede explicar: 1.- que sean sólidos cristalinos y quebradizos 2.- que no conduzcan la corriente en estado sólido 3.- qué sí conduzcan la corriente al estar fundidos 4.- que si se disuelven en agua, conduzcan la corriente
Enlace covalente n Una sustancia que no conduce nunca la corriente puede concebirse como una en la que se comparten equitativamente los electrones entre átomos vecinos. n Si son sólo unos cuantos átomos los que comparten, se forma entre ellos un enlace covalente que da origen a una molécula. n Si cada átomo comparte electrones con vecinos en distintas direcciones, se forma una red covalente.
Conductividad Sí Conduce No conduce sólido fundido o disuelto sólido, fundido o disuelto Enlace metálico Enlace iónico Enlace covalente
Enlace covalente polar n En el cloruro de hidrógeno, HCl, el cloro atrae con más fuerza a los electrones que el hidrógeno, pero los electrones se comparten entre los dos átomos, no se han cedido de uno a otro como en el caso de un enlace iónico: D e c i m o s q u e e l c l o r o e s m á s electronegativo que el hidrógeno
y eso...cómo se sabe...?
Electronegatividad n Definición de Pauling: Es la capacidad de un átomo en un enlace para atraer electrones hacia sí mismo
Comportamiento periódico n Ojo con la tendencia general
Predicción del tipo de enlace n Δχ = 0 enlace covalente no polar n? < Δχ < 0 enlace covalente polar n Δχ >?? enlace iónico
Tipo de enlace...? CsF = 4.0 0.7 = 3.3 NaCl = 3.0 0.9 = 2.1 LiBr = 2.8 1.0 = 1.8 HF = 4.0 2.1 = 1.9 BF 3 = 4.0 2.0 = 2.0
Óxidos n Na 2 O = 2.4 n CaO = 2.5 n FeO = 1.7 n Al 2 O 3 = 2.0 n Sólidos n CO 2 = 1.0 n NO 2 = 0.5 n SO 3 = 1.0 n Gases (moléculas)
Interacciones débiles Momento dipolar
Polar o no polar?... Depende también de la geometría!
Efectos del momento dipolo etano H H metanol H H H C C H H C O H H PM= 30, T.eb. = -88 C H PM= 32, T.eb. = 65 C tolueno fenol CH 3 O H PM= 92, T.eb= 110 C PM= 94, T.eb= 180 C