enlace químico - [depa] departamento de programas...
Post on 13-Oct-2018
217 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Enlace Químico
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Principios de Estructura de la Materia
Sigfrido Escalante Tovarfeb-2010
El enlace químico• Es un concepto tan común para los químicos que,
muchas veces, nos olvidamos que es solamente eso, simplemente un concepto.
• Es un concepto tan útil, tan exitoso que a veces no pensamos en sus limitaciones.
• Lo hemos aprendido desde los inicios de nuestra
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
• Lo hemos aprendido desde los inicios de nuestra formación que pensamos que toda la química se reduce a lo que podamos explicar con nuestros paradigmas sobre el enlace covalente.
• Adicionalmente hemos acumulado durante nuestra carrera algunos errores de concepto respecto del enlace químico, veamos algunos:
¿ENDOTÉRMICO O EXOTÉRMICO?
ENDOTÉRMICO
EXOTÉRMICO
H2O(l) H2O(g)
Na+ (g) + Cl- (g) NaCl(s)
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
ENDOTÉRMICO
EXOTÉRMICOMg2+(g) + agua Mg2+(ac)
H2 H + H
¿CIERTO Ó FALSO?
FALSO
CIERTO
Hay que proporcionar energía para formar un enlace covalente
La condensación de un gas es un proceso exotérmico
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
proceso exotérmico
Cuando se rompe un enlace puede absorberse o desprenderse energía
dependiendo del enlace de que se trate
La ruptura de un enlace iónico es un proceso endotérmico
FALSO
CIERTO
Elige la opción que completa correctamente la oración:
CH2=CH2 + 3O2 2CO2 + 2H2OLa reacción de combustión del etileno es exotérmica debido a:
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
• La ruptura del enlace C=C• La ruptura de los enlaces C-H• La ruptura del enlace O=O• Todo lo anterior• La formación de los enlaces C=O y O-H
Elige la opción que completa correctamente la oración:
Al enlace O-P en el ATP se le llama fosfato de alta energía porque:a) El enlace O-P es particularmente estable.b) El enlace O-P es relativamente débil.c) La ruptura del enlace libera una importante cantidad de energía.d) Se requiere una relativamente pequeña cantidad de energía para romper el
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
d) Se requiere una relativamente pequeña cantidad de energía para romper el enlace.
• a y c • b y c• Sólo c• Sólo b• b y d• No sé• Nunca he oído hablar de ese asunto.
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Un ejemplo: el ATP
http://exban-group.mcgill.ca/index.htm
Energía de un par iónicoFacultad de Química
Departamento de Química Inorgánica y NuclearDr. Sigfrido Escalante Tovar
Energía de enlaceFacultad de Química
Departamento de Química Inorgánica y NuclearDr. Sigfrido Escalante Tovar
Energía depunto cero
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
X2(g) 2X(g) ∆He(T) = ∆Uel +3/2RT
Energía y entalpía
H (g) 2H(g)
Ejemplo:
H2(g) 2H(g)
∆Uel = 458.1 (kJmol-1)∆U0 = 432.0∆U298 = 433.21∆H298 = 435.93
EAB: energía de enlace y∆∆∆∆Hdis: entalpía de disociación del enlace
∆∆∆∆Hdis es el cambio de entalpía asociado en la ruptura de una mol de enlaces covalentes A-B a una temperatura dada.
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Molécula EA-B (kJmol-1)
H-H 432
F-F 158
Cl-Cl 242
Br-Br 193
I-I 151
H-Cl 438
U0: energía de red cristalina
• Es la energía que se libera cuando se forma una mol de cristal iónico a partir de sus iones en fase gaseosa.
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Ay+(g) + Bx-(g) AxBy (s) U0 < 0
2
0
0 0
11
4
ANZ Z eU
r nπε
+ − = −
∆Hhid: entalpía de hidratación
• Es el cambio de entalpía cuando se hidrata una mol de iones gaseosos en agua líquida.
My+(g) + nH O [M(H O) ] y+ ∆H = ∆H
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
My+(g) + nH2O [M(H2O)n] y+ ∆Hr = ∆Hhid
Facultad de QuímicaDepto. de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Hidrataciónde
cationes
∆∆∆∆Hat: entalpía de atomización
• Involucra a la energía necesaria para producir una mol de átomos gaseosos de un elemento a partir de éste en
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
un elemento a partir de éste en condiciones estándar.
S8(s) 8S(g) ∆Hat = 278.8 kJmol-1
Cl2(g) 2Cl(g) ∆Hat = 121 kJmol-1
Termodinámica vs CinéticaEn ocasiones un proceso termodinámicamente
favorecido no se lleva a cabo porque cinéticamente no lo está.
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
C(diamante) C(grafito) ∆Hf = -3 kJmol-1
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Tipo de interacción
Dependencia de la energía potencial con la distancia
Energía típica
(kJ mol-1)Comentarios
Ion-ion 1/r 250 Entre iones solamente
Ion –dipolo 1/r2 15Entre iones y
moléculas polares permanentes
Dipolo-dipolo 1/r3 2 Entre moléculas
polares estacionarias
Largo alcance
Ion-Dipolo inducido 1/r4 --- Entre iones y
moléculas no polares.
Dipolo-Dipolo
inducido1/r6 0.3
Entre moléculas polares y polares
rotantes.
Fuerzas de dispersión de London
1/r6 2 Entre todos los tipos de moléculas.
La energía de un enlace o puente de hidrógeno A---- H es del orden de 20 kJ mol-1 y se presenta cuando A = N, O ó F
Corto alcance
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante TovarLa malla cúbica
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante TovarAlgunas interaccionesque ocurren simultáneamente
O O O
O
OO
O
O O
N N
N N
O
O
O
O
O
O
O
O O
O
O
O
OO
OO
O
O
NN
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Corolario
• La energética y la estructura de los sistemas están íntimamente relacionadas, en general, de manera compleja.
• Por lo tanto es necesario una gran • Por lo tanto es necesario una gran sistematización de la información experimental.
¿Qué es un enlace químico?• IUPAC (2006) ”…hay un enlace químico entre dos átomos o grupos
de átomos en el caso en el que las fuerzas que actúan entre ellos sean tales que lleven a la formación de un agregado con suficienteestabilidad para hacer conveniente que los químicos lo consideren como una especie molecular independiente”
• La definición anterior parece no ser completa pues deja fuera al enlace iónico al circunscribirse sólo a una especie molecular.
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
enlace iónico al circunscribirse sólo a una especie molecular. Pareciera referirse solamente al enlace covalente.
• Resulta vaga pues deja al lector la decisión de decidir qué es suficiente y qué es conveniente.
• Tiene, no obstante, la ventaja de que, a nuestro juicio, podamos considerar otras asociaciones entre átomos o grupos como las de puente de hidrógeno o las de van der Waals como enlaces químicos.
Átomos en moléculas
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
contornos de densidad electrónica
línea de gradiente dedensidad electrónica
HF
densidad electrónica
Punto crítico
Trayectorias del gradiente en la densidad electrónica calculada para el NaCl
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Densidad electrónica experimental en NaCl
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Aquí, bien puedehaber un puntocrítico (3,-1)
¿Las líneas de enlace (bond paths) son enlaces químicos?
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
¿8 bond paths entre el átomo de gas noble central y los 8
Merino et al; Chem. Eur. J. 2008, 14, 10232 – 10234
Merino y colaboradores se preguntan: ¿La existencia de una línea de enlace es una condición suficiente que prueba que dos átomos están conectados por un enlace en el sentido químico de la palabra?
átomos de carbono del cubanoimplican 8 enlaces? ¿20 bond paths entre el átomo de gas
noble central y los 20 átomos de carbono del dodecahedrano implican entonces 20 enlaces?
¿60 bond paths entre el átomo de gas noble central y los 60 átomos de carbono del C60implican ¡ 60 ! enlaces?
¿Las líneas de enlace (bond paths) son enlaces químicos?
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Richard Bader, el autor de la teoría de Átomos en Moléculas (QTAIM), respondeque todo se debe a una equivocada interpretación de su teoría.
Bader argumenta que una línea de enlace no debe ser interpretada como un enlace.
La presencia de una línea de enlace solamente indica que esos dos átomos estánenlazados pero no por lo que conocemos en química, como un enlace.
Él insiste en que el concepto químico de enlace es muy limitado y no incluye toda
Bader, R.F.W.J. Phys. Chem. A, 2009 Vol. xxx, No. xx, XXXX
Él insiste en que el concepto químico de enlace es muy limitado y no incluye todala enorme gama de interacciones asociativas que se pueden observar entre los átomos o los grupos químicos, como lo son, entre otras, las interacciones de vander Waals.
Lo anterior pone de manifiesto la necesidad de continuar reflexionando sobre los modelos paradigmáticos del enlace químico (Lewis y la teoría elemental de orbitales moleculares) y sobre sus alcances y sus limitaciones.
AMyD
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/index.php
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
sigfridoe@gmail.comsigfridoe@gmail.com
¿Qué sigue?¿Carbonos hipervalentes?
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
¿Nanovehículos?Yasuhiro Shirai, Jean-François Morin, Takashi Sasaki, Jason M. Guerrero and James M. Tour.Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 1043-1055
¿Nanoceldas?Hasobe T., Fukuzumi S.
J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1216-1228
Facultad de QuímicaDepartamento de Química Inorgánica y Nuclear
Dr. Sigfrido Escalante Tovar
top related