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Enlace qumicoLos pocos elementos estables se combinan en proporciones bien definidas para formar millones de combinaciones. Cuando los elementos qumicos se combinan ocurre una reorganizacin de los electrones de las capas ms externas de cada tomo. Se forman enlaces qumicos Estudiar la naturaleza del enlace qumicoObjetivosConcepto de enlaceLos enlaces qumicos son las fuerzas que mantienen unidos a los tomos en las molculas de los elementos (O2 y Cl2); de compuestos (CO2 y H2O) y de metales.Los tomos se combinan con el fin de alcanzar una configuracin electrnica ms estable. Solo los electrones externos de un tomo pueden ser atrados por otro tomo cercano: en la formacin de enlaces qumicos solo intervienen los electrones de valencia.La teora del enlace qumico tiene como objetivo justificar: Por qu unos tomos se unen entre s y otros no? La proporcin en que se unen los tomos, la frmula de las sustancias.Aspectos energticos del enlace: algunos enlaces son ms difciles de romper (requieren ms energa) que otros.Las propiedades macroscpicas (puntos de fusin y ebullicin, conductividad, solubilidad, etc.), como las microscpicas (energa de enlace, longitud y ngulos formados). Interpretar: Las diferentes formas geomtricas: por qu la molcula de H2O es angular y la de CO2 lineal, an teniendo la misma estequiometra AB2?El enlace qumicoLa tendencia general de cualquier sistema fsico es alcanzar una situacin de energa mnima. Si dos tomos se acercan se pueden producir dos situaciones: a)El estado de mnima energa se alcanza con los tomos infinitamente separados No se forma el enlaceb)El estado de mnima energa se alcanza si la distancia entre los tomos es r0 (distancia de enlace) Se forma el enlace

Por qu se unen los tomos?Tipos de enlaces Covalente Entre elementos No metlicos de semejante electronegatividad. El enlace se establece por comparticin de electrones Enlace direccional Formacin de molculas discretas: sencillas: H2O, F2, CH4 complejas (protenas)

Inico Entre elementos de muy diferente EN El enlace se establece por atraccin electrosttica entre iones de signo opuesto Enlace no direccional Redes cristalinas infinitas: slidos inicos Metlico Entre elementos electropositivos (metales) Comparticin de electrones, extendida a todo el slido: Bandas electrnicas Slidos de propiedades metlicasTipos de enlaces Enlace por puente de Hidrgeno Fuerzas de Van der Waals 7Smbolos de LewisUn smbolo de Lewis representa el ncleo y los e- internos de un tomo.Los puntos alrededor del smbolo representan a los e- de valencia (los de n ms alto).

Enlace inicoLa gran variedad de compuestos inicos estn formados por un metal del grupo I o II y un halgeno u oxgeno. Los metales alcalinos y alcalinotrreos (baja energa de ionizacin) son los elementos con ms posibilidad de formar cationes y los halgenos y el oxgeno (electroafinidad alta), los ms adecuados para formar aniones.

Un enlace inico es la fuerza de atraccin electrosttica que mantiene unidos a los iones en un compuesto inico.Ejemplo: Mediante el empleo de smbolos de Lewis, represente la reaccin entre un tomo de litio y un tomo de fluor para formar LiF

Frmula emprica: LiF

Enlace inico

Si el catin y el anin no tienen la misma carga, las cargas se balancean para que el compuesto sea elctricamente neutro..Enlace inicoPropiedades de los compuestos inicosSon slidos a Ta y tienen puntos de fusin elevados (> 400C), porque las fuerzas electrostticas que mantienen unidos a los iones de cargas opuestas, en un compuesto inico son muy fuertes. En el estado slido cada catin est rodeado por un nmero especfico de aniones y viceversa.Son duros y quebradizos, solubles en agua, y sus disoluciones acuosas conducen la electricidad debido a que estos compuestos son electrolitos fuertes. En estado slido no conducen la electricidad.Fundidos son conductores de la electricidad debido a la movilidad de los ionesPropiedades de los compuestos inicosEstos compuestos son enormes agregados de cationes y aniones que tienen una disposicin espacial determinada. Una medida de la estabilidad de un slido inico es su energa reticular, o energa de red cristalina del slido, que se define como la energa que se libera en la formacin de un mol de compuesto a partir de los iones gaseosos separados una distancia infinita (U0) Na+(g) + Cl- (g) NaCl (s) Hred =-788kJ/molCuanto mayor sea la energa reticular, mayor ser la estabilidad de la red cristalinaLas energas de red son difciles de medir experimentalmente, por lo general se calculan empleando ciclos termodinmicos (Born Haber). Los valores de las energas de red dependen de las cargas y del tamao de los iones implicados.Ejercicios: Describa la formacin de los siguientes compuestos inicos a partir de los tomos respectivos: a) xido de aluminio, b) hidruro de litio, c) nitruro de magnesio, d) fluoruro de calcio. Escriba las frmulas de los compuestos formados.Propiedades de los compuestos inicosLos iones en los compuestos inicos se ordenan regularmente en el espacio de la manera ms compacta posible. Cada ion se rodea de iones de signo contrario dando lugar a celdas o unidades que se repiten en las tres direcciones del espacio.

Redes cristalinasPropiedades asociadas al enlace covalenteLos enlaces covalentes en el seno de una molcula son fuertes pero las fuerzas de atraccin entre las molculas son dbiles En consecuencia: los compuestos covalentes formados por molculas pequeas tiene puntos de fusin y ebullicin bajos: HCl: Tf=-115C, Te=-85C las sustancias enlazadas covalentemente no son conductoras de la electricidad porque no hay cargas libres presentesTerminologa Molcula: conjunto finito de tomos unidos entre s mediante enlaces covalentes Longitud de enlace: distancia entre dos ncleos unidos. ngulo de enlace: ngulo entre enlaces adyacentes. Fuerza de enlace: Es la energa necesaria para romper un enlace. enlace fuerte: > 800 kJmol-1. enlace intermedio: ~ 500 kJmol-1. enlace dbil: < 200 kJmol-1

Cmo se combinan los tomos para formar molculas?En 1916 G.N. Lewis sugiri que los enlaces se forman por comparticin de electronesEstructura de Lewis para molculas covalentesDistribucin electrnica en las molculas covalentesLos electrones, especialmente los de la capa ms externa (de valencia), juegan un papel fundamental en el enlace. Los enlaces se establecen por comparticin de dos electrones. En algunos casos se transfieren electrones de un tomo al otro (inico). En otros se comparten uno o ms pares de electrones (covalente). Idea clave: Los electrones se transfieren o se comparten de modo que los tomos adquieran una configuracin electrnica especialmente estable. Generalmente de gas noble. Octeto.En sentido estricto slo es aplicable a los elementos del segundo periodo Revisin de la Teora de Lewis del enlacePuntualizaciones sobre las estructuras de LewisLas estructuras de Lewis no indican nada acerca de la forma o de la geometra de una molcula.Tampoco informan acerca de los orbitales de donde proceden los electrones a compartir ni donde se alojan definitivamente estos. Basta contar los electrones de valencia y distribuirlos de forma correcta alrededor de los tomos.A pesar de ello constituyen una herramienta muy simple y eficaz para el estudio de la distribucin electrnica de molculas sencillas (estructura electrnica).El modelo de Lewis es anterior a la teora del orbital molecular, mucho menos sofisticado y menos potente.Comparticin de electronesEl enlace qumico entre dos tomos se origina mediante la comparticin de electrones. Los e- son compartidos para dar a cada tomo una configuracin de gas noble.regla del octeto: En las molculas, los tomos se unen entre s compartiendo pares de electrones para adquirir cada tomo la configuracin de gas noble (para los elementos del 2 periodo: 8e-). Esta regla funciona bien con tomos del 2 periodo pero en los del 3 se presentan muchos casos de incumplimientoEnlace covalente segn Lewis Cmo se origina el enlace entre los tomos de H? por comparticin de ambos electrones por los dos ncleos. Qu configuracin adquiere cada tomo de H? la configuracin del gas noble He (1s2, ambos electrones apareados espines opuestos, ms= 1/2) Cuntos e- atrae cada ncleo? atrae a los 2 electrones de enlace. La estabilidad de la molcula se debe a.? a que el par de e- se localiza preferentemente entre ambos ncleos atrayndolos.La molcula de dihidrgeno: H2

Par electrnico de enlace: aquel que es compartido por dos tomos y que por tanto contribuye de modo eficaz al enlace Par solitario: aquel que pertenece exclusivamente a un tomo. No contribuye al enlace pero es crucial a la hora de determinar las estructuras moleculares.

Enlace covalente segn LewisLa molcula de cloro: Cl2Qu configuracin adquiere el tomo de C? configuracin del gas noble que le sigue: Ne ([He] 2s2 2p6)Qu configuracin adquiere cada tomo de H? configuracin del gas noble He (1s2).Enlace covalente segn LewisLa molcula de metano: CH4 C: [He] 2s2 2px1 2py1 C*: [He] 2s1 2px1 2py1 2pz1 la energa liberada al formar 4 enlaces C-H compensa con exceso la energa necesaria para la formacin del estado excitado C*Para calzar la imagen

Enlaces covalentes mltiplesOrden de enlace: nmero de pares de electrones que contribuyen al enlace entre dos tomos

Las estructuras de Lewis utilizan puntos para mostrar los electrones que funcionan como pares de enlace y como pares solitariosLas capas mas externas de los tomos en las molculas suelen estar completamente ocupadas: los tomos adoptan estructuras electrnicas de gas nobleUn enlace covalente se forma cuando los electrones perteneciente a dos tomos diferentes ocupan la regin espacial entre los dos tomosEl nmero de pares de electrones compartidos determina el orden de enlace: un par: enlace sencillo dos pares: enlace doble tres pares: enlace tripleResumen de las ideas de LewisEnlace covalente coordinado (o dativo): Se establece cuando uno de los dos tomos que forman el enlace aporta ambos electrones del par compartido Al2Cl6 Formacin del in amonio NH4+.Enlace covalente dativo

Enlace covalente dativo

El BF3 es un cido de Lewis. El NH3 es una base de LewisResonanciaMolcula de ozono: O3. Hay 2 posibles estructuras de Lewis. Ninguna de ellas es satisfactoria. Porqu estas estructuras de Lewis no son satisfactorias? Las estructuras de Lewis presenta dos enlaces diferentes (doble y sencillo). Sin embargo, los datos experimentales indican que ambos enlaces son idnticos (1,28 ) e intermedios entre enlace simple O-O y doble O=O. La estructura electrnica es una combinacin de ambas o hbrido de resonancia:

Concepto subyacenteConcepto subyacenteDeslocalizacin electrnicaResuelven problemas de algunas estructuras de Lewis: hay especies en las que son posibles ms de dos estructuras resonantes de la misma energa de modo que no hay manera de decidir cul es la estructura correcta. Son estructuras equivalentes. cuando hay varias estructuras equivalentes, ninguna de ellas describe de modo correcto las propiedades moleculares.Las estructuras de Lewis del SO3 predicen que la molcula tendra 1 enlace doble y 2 sencillos.Los datos estructurales confirman que las tres distancias de enlace SO son idnticas. la fusin de las tres estructuras se denomina resonancia y a la estructura de Lewis resultante hbrido de resonanciaEstructuras resonantes

Carga formal. Definicin

La CF no representa la distribucin real de la carga en la molcula. Es slo una herramienta de trabajo que permite dilucidar qu distribuciones electrnicas no son adecuadas. Ejemplo: Molcula CO (gas txico): Estructura de Lewis satisfactoria Las cargas formales sobre cada tomo son las siguientes: C: 4-2-3=-1 electronegatividad=2,55 O: 6-2-3=+1 electronegatividad=3,40 Esta distribucin de cargas no es adecuada porque asigna una carga formal negativa sobre el tomo menos electronegativo

Carga formal. ReglasEn una molcula neutra la suma de las CF ser 0.En una especie inica la suma de las CF ser igual a lacarga del in.Las CF deben ser tan pequeas como sea posible.Las CF negativas deben estar sobre los elementos mselectronegativos a ser posible .Estructuras de Lewis con CF del mismo signo sobretomos adyacentes son poco probables.Las cargas formales determinan cules estructuras de Lewis, son aceptables

Excepciones a la regla del octetoNmero de electrones impares Molcula de NO (11 e-): Con un nmero impar de electrones es imposible cumplir la regla del octeto. Se prefiere colocar el electrn impar sobre el tomo menos electronegativo Molcula de CN (9 e-) La estructura de Lewis no cumple la regla del octeto Explica la gran tendencia a la dimerizacin

Estructura de Lewis del O2El problema de la molcula de dioxgeno O2: Orden de enlace 2 Una molcula par (12 e-) pero paramagntica (electrones desapareados)Qu estructura de Lewis podemos proponer?Estructura (1): distribucin de Lewis ms racional compatible con la energa y longitud de enlace experimentales incompatible con paramagnetismo (no deja electrones desapareados)

(1)No podemos proponer ninguna estructura de Lewis que sea compatible con los datos experimentales

Estructura de Lewis del O2Otras alternativas para O2 que no cumplen la regla del octeto pero que son paramagnticasEstructura (2) y (3): compatibles con paramagnetismo incompatibles con la energa y longitud de enlace experimentalesEstructura (3):adems no es viable porque el tomo de O no dispone de 5 orbitales en la capa de valenciaLa TOM s es capaz de explicar tanto el orden de enlace como el paramagnetismo de la molcula de O2

Molculas hipovalentes Octeto incompleto (molculas hipovalentes): BF3Molcula PCl5 (10 e- alrededor del P) P: [Ne] 3s2 3px13py13pz13d0 El P dispone de 3 e- para formar 3 enlaces simples con 3 tomos de cloro:

PCl3 cumple la regla del octetoQu configuracin adquiere el tomo de P en PCl3? -configuracin del gas noble que le sigue Ar ([Ne] 3s2 3p6)Cmo puede formar 5 enlaces el P ? Se requiere excitar 1e- del orbital 3s al orbital vaco 3dMolculas hipervalentes, PCl5 la energa liberada al formar 5 enlaces P-Cl compensa con exceso la energa necesaria para la formacin del estado excitado P*Molculas hipervalentes, PCl5

Molculas hipervalentes, SF6 Molcula SF6 (12 e- alrededor del S) S: [Ne] 3s23px23py13pz13d0 El S slo dispone de 2 e- desapareados para formar 2 enlaces simples (p.e. en SF2)

Estructura de Lewis. ReglasEl H slo puede adquirir 2e. Los elementos del 2 perodo: 8e y los del 3 y sig. pueden ampliar el octeto: 12, 14, Escribir una frmula esqueleto con el elemento ms voluminoso (o el menos electronegativo) en el centro, enlazado por enlaces sigma a los tomos perifricos. El H siempre es perifrico Nv: suma de electrones de valencia. Si la molcula es inica sumar o restar su carga. No: nmero de electrones necesarios para que cada tomo cumpla la regla del octeto No=8n (n= nmero tomos). Excepto H que solo puede rodearse de 2 e. Nc: elec. a compartir para que se cumpla la R.O. Nc=No-Nv N: Nmero de electrones que participan en enlaces sigma: N=2(n-1) N: Nmero de electrones que participan en enlaces . N=Nc-N S N=0: la molcula slo tiene enlaces sencillos N>0: N electrones implicados en enlaces mltiples N