ENLACE QUÍMICO Prof. Miguel Hesiquio Garduño. Est. Mirla Benavides Rojas Depto. De Ingeniería Química Petrolera ESIQIE-IPN hesiquiogm@yahoo.com.mx mbenavidesr5@gmail.com Miguel Hesiquio Garduño/Mirla Benavides Rojas
Qué es el.. Un enlace químico es la unión entre dos o más átomos para formar una entidad de orden superior, como una molécula o una estructura cristalina. El compuesto que resulta de este enlace es químicamente y físicamente único y diferente de sus átomos originarios.
Enlace Químico La descripción de los modelos atómicos nos permite hacer la pregunta por qué los átomos se unen?. Se puede inferir que lo hacen, para formar un sistema más estable que como átomos individuales, es decir con un menor contenido energético. El enlace, en términos de mecánica cuántica puede entenderse como la interferencia constructiva de las funciones de onda de los átomos.
La formación de enlaces se produce siempre por un balance favorable de energía, es decir, los átomos enlazados constituyen un sistema de menos energía que los átomos por separado. Formación de un enlace Las cargas opuestas se atraen entre si (atracción de Coulomb). Los electrones tienden a distribuirse en el espacio (intercambio electrónico)
LEY DE COULOMB: Las cargas opuestas se atraen con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de las cargas. Fuerza de enlace Longitud de enlace
TEORÍA DE LEWIS DEL ENLACE QUÍMICO La primera teoría sobre el enlace fue propuesta por Lewis que aseguró que los átomos ganaban, perdían o compartían electrones hasta adquirir la configuración de gas noble (teoría del octete electrónico)
Hay dos teorías: La teoría del enlace de valencia (EV): el enlace se forma por apareamiento de espines electrónicos y máximo solapamiento de orbitales. La teoría de orbitales moleculares (OM): considera las moléculas como un conjunto con sus propios orbitales moleculares.
Caracterización del enlace químico Longitud de enlace: es la distancia a la cual la energía es mínima. Energía de enlace: es el valor mínimo de la energía del sistema formado por los átomos unidos.
Tipos de enlace químico Enlace iónico Enlace covalente En compuestos orgánico e inorgánicos Enlace metálico Enlaces Intramoleculares
Enlaces Enlaces Fuertes Enlaces Débiles iónico Covalente metálico Dipolo permanente Dipolo fluctuante Puente de Hidrógeno
Que es un enlace iónico : Un enlace iónico se une un metal y un no metal, los cuales habrá una diferencia de electronegatividad. El enlace iónico se basa a la regla del octeto donde hay una transferencia de electrones donde posteriormente habrá una atracción electrostática
La unión entre iones de signo contrario, de átomos de muy diferente electronegatividad, mediante fuerzas electrostáticas para formar redes cristalinas. Este tipo de unión es no direccional y forma dipolos permanentes El enlace iónico se ve favorecido: Entre metales y no metales de muy diferente electronegatividad. Entre iones de carga pequeña. Entre cationes grandes y aniones pequeños, que presentan menor efecto polarizante.
REDES CRISTALINAS IÓNICAS Los iones positivos y negativos no forman parejas aisladas, sino que estas se agrupan en redes cristalinas donde cada ión de un signo se rodea de un determinado número de iones de signo contrario.
La descripción geométrica de estas agrupaciones de iones o redes cristalinas se hace en función de: Tipo de celda unidad. Número de coordinación
El cristal está formado por una celda unidad que se repite indefinidamente en las tres direcciones del espacio. El tipo de celda responde a principios bastante simples: En Nº de cargas + = Nº de cargas -. Los iones de signo contrario se disponen simétricamente, para conseguir una repulsión mínima. Los iones se disponen de la forma más compacta posible, el número de coordinación el máximo posible. El tamaño relativo y la carga de los iones determina uno u otro tipo de celda unidad.
Aspectos energéticos del enlace iónico Energía reticular : La energía reticular o energía de red es la energía necesaria para separar completamente un mol de un compuesto iónico en sus iones gaseosos. La energía reticular nos da una idea de la estabilidad del cristal. Ciclo de Born-Haber: Es un planteamiento teórico que muestra todas las energías implicada en la formación de un cristal iónico.
Enlace Covalente La unión covalente es de tipo direccional, se da entre orbitales p o híbridos, en ella existe la compartición de uno o más pares de electrones. Existen varias divisiones del enlace covalente: Enlace covalente simple: se da cuando dos o más átomos aportan un electrón Enlace covalente coordinado : Compartición de uno o más pares de electrones Es polar cuando los átomos son de distinta electronegatividad, cuando son átomos del mismo elemento se trata de enlaces no polares.
En la teoría de Lewis del enlace covalente, los electrones son siempre compartidos por parejas. Cada par de electrones compartidos es un enlace covalente.
Diagramas de Lewis Este es un diagrama que representa a la molécula, los átomos se representan por sus símbolos, los enlaces por rayas y los electrones disponibles por puntos. 1. Se suman los e- de valencia de los átomos presentes. Para un anión poli atómico se le añade un e- más por cada carga negativa y para un catión se restan tantos electrones como cargas positivas. 2. Se determina los e - que caben en la molécula.
3. Se calcula el número de enlaces covalentes (rayas). 4. Se calcula el nº de e- de valencia que quedan disponibles (puntos) y se distribuyen los e- de forma que se complete un octete para cada átomo.
PROPIEDADES DEL ENLACE COVALENTE Fuerza de enlace Energía de disociación del enlace: Diferencia de energía entre el mínimo de la curva de energía potencial de la molécula diatómica y la energía de los átomos separados Entalpía de disociación del enlace: Variación de entalpía para la reacción de disociación
Sulfato de Cu
Es la unión entre átomos metálicos Es un enlace fuerte, no forman moléculas, forman redes cristalinas muy estables. Este enlace le da entre elementos de electronegatividades bajas y muy parecidas. La forma de cumplir la regla del octeto es mediante la distribución de electrones entre michos átomos.
Teoría del gas electrónico Los electrones de valencia no pertenecen a los átomos individuales, sino que todos ellos son comunes a todos los átomos de la red cristalina. Están deslocalizados en todo el cristal. Esto explicaría su movilidad, y los efectos de emisión electrónica. Los electrones periféricos de los átomos metálicos están casi libres,
Suponiendo que se tiene un átomo metálico, al acercarse otro átomo metálico del mismo tipo, sus electrones forman una sola nube con los dos núcleos al centro, al agregar un tercer átomo, su electrón se une a los otros y su núcleo queda con los otros núcleos, Al adicionar un n-ésimo átomo, su electrón se une a los n-1 electrones presentes en la nube y el núcleo se une a los n-1 núcleos presentes. De esta manera, los electrones en los metales se comportan como un gas electrónico, lo cual explica la gran conductividad térmica y eléctrica de los metales.
TEORÍA DE BANDAS DE ENERGÍA Los átomos de la red cristalina están muy próximos y sus orbitales atómicos se superponen dando lugar a un conjunto de orbitales de energía muy parecida que forman lo que se denomina banda de niveles energéticos.
Banda de valencia a partir de OA de valencia, que pueden estar parcialmente llena u ocupada. Banda de conducción a partir de los OA vacíos a la que pueden saltar los e- y facilitar la conducción.
Redes metálicas Los estudios de difracción de rayos X han demostrado que los átomos metálicos se ordenan en redes cristalinas que son casi exclusivamente de tres tipos. Cúbica centrada en el cuerpo (IC=8): Alcalinos y Ba Cúbica centrada en las caras (IC=12): Cu, Ag, Au, Ca y Sr Hexagonal compacta (IC=12): Be, Mg, Zn y Cd
Fuerzas intermoleculares Los enlaces estudiados son intramoléculares, por producirse en el interior de las estructuras moleculares. También existen interacciones entre las moléculas que llamamos intermoleculares. Son fuerzas de interacción mucho más débiles y básicamente son interacciones dipolodipolo
Enlaces Débiles El enlace covalente polar, el iónico generan dipolos permanentes, mientras que el no polar genera dipolos inducidos o fluctuantes También origina enlaces por puente de Hidrógeno,
Carácter ionico
Diferencia de electronegatividad EN Permite estimar el tipo de enlace que une sus átomos En la escala de EN de Pauling,idealmente: EN 1.8 enlace iónico 1.2 EN 1.8 enlace covalente polar EN 1.2 enlace Covalente Pero: BF 3 EN=1.94 SiF 4 EN =2.08
Después del enlace químico Cristalino Amorfo
Existen 7 sistemas cristalográficos y 14 celdas elementales o redes de Bravais.
Nomenclatura para la red directa c b a
Los sistemas cristalinos Sistema Cristalino Clase de red Dimensiones de la celda unitaria P C F I R Triclínico Monoclínico Ortorrómbico Tetragonal Cúbico isométrico Hexagonal o a b c a b c = = 90º a b c = = = 90º a = b c = = = 90º a = b = c = = = 90º a=b c = =90º, =120º
Bibliografía 1.- Enlace Químico http://centros.edu.xunta.es/iesoteropedrayo.ourense/dptos/fq/2_bach_qui/tema_03_enla ce_quimico.pdf 2.- Enlace químico iònico http://chopo.pntic.mec.es/jmillan/apuntes_power_point/materia_organica/enlace_quimico. pdf 3.- Enlace covalente http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/11.enlacecovalente1_11653.pdf 4.- Enlace Metalico, Carlos Paucar http://unalmed.edu.co/~cgpaucar/modulo3.pdf 5.- Carácter Ionico: J.A. Duffy, J.Phys. Chem. A 2006,110,13245