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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



• 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)



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



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:



• 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



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.



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



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.



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.



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



My+(g) + nH2O [M(H2O)n] y+ ∆Hr = ∆Hhid

Facultad de QuímicaDepto. de Química Inorgánica y Nuclear


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



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.



C(diamante) C(grafito) ∆Hf = -3 kJmol-1



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


Dr. Sigfrido Escalante TovarLa malla cúbica


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



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.



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



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



Densidad electrónica experimental en NaCl



Aquí, bien puedehaber un puntocrítico (3,-1)

¿Las líneas de enlace (bond paths) son enlaces químicos?



¿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?



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



[email protected]@gmail.com

¿Qué sigue?¿Carbonos hipervalentes?





¿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



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