TEORIA DE L’ENLLAÇ QUÍMIC

FULORENO pepjordi jvsirerol

ENLLAÇ QUÍMIC La manera en que estan enllaçats els

elements químics en les diferents substàncies pures determinarà l’estructura d’aquests

composts així com les propietats físiques i químiques d’aquestes substàncies.

L’ESTUDI DE L’ENLLAÇ QUÍMIC SERÀ VITAL PER PODER SISTEMATITZAR L’ESTUDI D’AQUESTES SUBTÀNCIES.

Fet  això,  no  ens  sorprendrà  trobar  primer  els  gasos,  desprès  els  líquids  i  desprès  les  substàncies  sòlides.  

He -272,5 -269 gas  

H2 -259 -253 gas  

Ne -248 -246 gas  

O2 -224 -183 gas  

N2 -210 -196 gas  

CO -205 -191 gas  

O3 -197 -112 gas  

Ar -189 -186 gas  

CH4 -182,5 -162 gas  

C4H10 -138 -0,5 gas  

Cl2 -101 -34 gas  

N2O -90,86 -88,48 gas  

H2S -86 -60 gas  

CO2 -78 -57 gas  

NH3 -77,73 -33,34 gas  

CCl4 -23,2 77 líquid  

N2O4 -11,2 21,2 líquid  

Br2 -7,2 58,8 líquid  

N2H4 -1 114 líquid  

H2O2 -0,4 150 líquid  

K 68,38 759 sólid  

S 115,2 445 sólid  

NaNO3 308 380 sólid  

HgS 580 - sólid  

Mg 650 1091 sólid  

KI 681 1330 sólid  

RbCl 718 1390 sólid  

NaBr 747 1396 sólid  

KCl 776 1500 sólid  

NaCl 801 1413 sólid  

CaCO3 900 - sólid  

Cu 1084 2562 sólid  

CaF2 1418 2533 sólid  

Ni 1453 2732 sólid  

Fe 1538 2862 sólid  

Fe2O3 1553 - sólid  

BaSO4 1580 - sólid  

TiO2 1830 2500 sólid  

MgO 2852 3600 sólid  

C 3800 5100 sólid  

Analitzem  les substàncies gasoses i líquides. He -272,5 -269 gas  

H2 -259 -253 gas  

Ne -248 -246 gas  

O2 -224 -183 gas  

N2 -210 -196 gas  

CO -205 -191 gas  

O3 -197 -112 gas  

Ar -189 -186 gas  

CH4 -182,5 -162 gas  

C4H10 -138 -0,5 gas  

Cl2 -101 -34 gas  

N2O -90,86 -88,48 gas  

H2S -86 -60 gas  

CO2 -78 -57 gas  

NH3 -77,73 -33,34 gas  

CCl4 -23,2 77 líquid  

N2O4 -11,2 21,2 líquid  

Br2 -7,2 58,8 líquid  

N2H4 -1 114 líquid  

H2O2 -0,4 150 líquid  

Alguns  són  gasos  nobles.    

Hi ha substàncies on s’enllacen àtoms d’un mateix element.

Però TOTS els àtoms enllaçats (o no) són

NO METALLS

També n’hi ha amb elements diferents enllaçats entre sí.

Analitzem  les substàncies sòlides. K 68,38 759 sólid  

S 115,2 445 sólid  

NaNO3 308 380 sólid  

HgS 580 - sólid  

Mg 650 1091 sólid  

KI 681 1330 sólid  

RbCl 718 1390 sólid  

NaBr 747 1396 sólid  

KCl 776 1500 sólid  

NaCl 801 1413 sólid  

CaCO3 900 - sólid  

Cu 1084 2562 sólid  

CaF2 1418 2533 sólid  

Ni 1453 2732 sólid  

Fe 1538 2862 sólid  

Fe2O3 1553 - sólid  

BaSO4 1580 - sólid  

TiO2 1830 2500 sólid  

MgO 2852 3600 sólid  

C 3800 5100 sólid  

Ara,  molts  són  metalls  !!!  

I també hi ha substàncies que estan formades per un metall i un no metall (o grup de no metalls)

Què tenim fins ara?

Substàncies formades per un sol tipus d’àtoms:

• Les no metàl·liques són gasoses • Les metàl·liques són sòlides

Substàncies formades per més d’un tipus d’àtom: • Si són no metalls, la substàncies és gasosa (també pot ser líquida) • Si hi ha metall i no metall, la substància és sòlida.

HI HA ALGUNES EXCEPCIONS !!!

Si els gasos nobles no s’enllacen amb ningú, no podria ser que el “””voler””” aconseguir una configuració electrònica de gas noble sigui la força impulsora en qualsevol enllaç?

Sí, efectivament, i d’aquí venen els 3 tipus d’enllaç que estudiarem.

ENLLAÇ  IÒNIC  Les  substàncies  iòniques  estan  compostes  per  metalls  i  no  metalls  (àtoms  o  grups  d’àtoms  (clorur  de  sodi  (NaCl),  sulfur  de  magnesi  (MgS),  Nitrat  de  plom  (Pb(NO3)2)).  Estan  compostes  per  ions:  àtoms  que  han  guanyat  o  perdut  electrons  formant  així  espècies  carregades  elèctricament.  

Els  ions  i  els  caOons  s’atrauen  mutuament  per  formar  una  estructura  tridimensional  gegant  (estesa  a  tot  l’espai)  

CaOó  sodi  Na+   Anió  clor:  Cl-­‐  

Com es s’enten aquest enllaç? L’enllaç  s’estableix  entre  metalls  i  no  metalls.  

Els  metalls  tenen  tendència  a  formar  ions  posiOus  (caOons)  perdent  electrons  i  així  aconseguint  una  configuració  de  gas  noble.  Els  no  metalls,  per  fer  el  mateix,  tenen  tendència  a  formar  ions  negaOus  (anions).  Així  la  situació  és  la  ideal  per  a  què  es  formi  una  substància  iònica.  

Li   F  

Electron  donaOon  

Li+   F-­‐  ARracOon  

ENLLAÇ  IÒNIC  

En  aquesta  estructura  tots  els  ions  estan  interaccionant  entre  sí  i  s’han  de  complir  les  següents  condicions:  

•  En  el  balanç  de  forces,  han  de  guanyar  les  atracOves.  Els  ions  de  signe  contrari  estan  més  a  prop  que  les  del  mateix  signe.  

•  El  balanç  de  càrregues  ha  de  ser  neutre  à  número  de  càrregues  posiOves  =  número  de  càrregues  negaOves.  

ENLLAÇ  IÒNIC  

Compost iònic Fusió (°C) Clorur de Ferro 677

Clorur de potassi 770

Clorur de sodi 801

Òxid de coure 1446

Òxid de calci 2707

L’elevat punt de fusió indica que l’energia d’enllaç és elevada. Malgrat això, són composts FRÀGILS. Si amb un cop disloquem la xarxa, es trenquen ràpidament.

ENLLAÇ  IÒNIC  

Els  composts  iònics  poden  conduir  l’electricitat,  però  només  en  aquelles  situacions  en  que  els  ions  (portadors  de  la  càrrega  elèctrica)  es  poden  moure  lliurement.  

-­‐  +   +  -­‐   +   -­‐  -­‐  +   +  

-­‐   +   -­‐  

+  

-­‐  

+  -­‐  +  

-­‐   +  

-­‐  +  -­‐  

+  -­‐  

+   +  

-­‐  

FÓS  

+   -­‐  -­‐  

+  +   -­‐  -­‐  +  

-­‐   +  

DISSOLT  

H2O  800°C   20°C  

En  cas  que  el  compost  esOgui  fos.  

En  cas  que  el  compost  esOgui  dissolt.  

+  

+   -­‐  +  

-­‐   +  

-­‐  

-­‐  

+  

-­‐  -­‐  

+   +  

-­‐  

+  

COMPOST  IÒNIC  FÓS  

FÓS  O  EN  SOLUCIÓ,  UN  COMPOST  IÒNIC  CONDUEIX  L’ELECTRICITAT.  D’AIXÒ  SE’N  DIU  QUE  SÓN  ELECTRÒLITS  

ENLLAÇ  IÒNIC  

Què passarà quan els elements que s’hagin d’enllaçar siguin NO METALLS?

He -272,5 -269 gas  

H2 -259 -253 gas  

Ne -248 -246 gas  

O2 -224 -183 gas  

N2 -210 -196 gas  

CO -205 -191 gas  

O3 -197 -112 gas  

Ar -189 -186 gas  

CH4 -182,5 -162 gas  

C4H10 -138 -0,5 gas  

Cl2 -101 -34 gas  

N2O -90,86 -88,48 gas  

H2S -86 -60 gas  

CO2 -78 -57 gas  

NH3 -77,73 -33,34 gas  

CCl4 -23,2 77 líquid  

N2O4 -11,2 21,2 líquid  

Br2 -7,2 58,8 líquid  

N2H4 -1 114 líquid  

H2O2 -0,4 150 líquid  

Ara ja no hi haurà un element que formi cations amb facilitat i un altre que formi anions. La solució haurà de ser una altra: la compartició d’electrons.�

Enllaç Covalent En  totes  aquestes  MOLÈCULES  hi  ha  enllaços  per  comparOció  d’electrons  

Metà,  CH4   Amoníac,  NH3   Diòxid  de  sofre,  SO2  

En  MOLÈCULES  molt  més  grans  també  pot  haver-­‐hi  enllaç  COVALENT  

Nylon  Proteïna  

•  L’enllaç covalent es dóna entre elements NO METÀL·LICS.

•  Enllaç covalent – Enllaç en què els electrons són compartits per cada parell d’àtoms

Com es formen els enllaços?

•  Per compartició d’electrons

•  Es comparteixen electrons per aconseguir configuració de gas noble.

•  L’enllaç és sempre entre no metalls.

Diagrames  d’enllaç:  

Aigua, H2O:

O H H

H

H

O

1.- Dibuixa cada àtom amb els seus electrons de valència

2.- Ajunta els àtoms de manera que tots puguin aconseguir la configuració de gas noble(8 electrons,2 per l’H)

TEORIA  DE  LEWIS    

TEORIA  DE  LEWIS    

O O O O

Oxigen, O2:

A vegades es poden establir enllaços múltiples (amb més d’un parell d’electrons compartits entre els àtoms. Això és el que passa en substàncies com O2 i N2

TEORIA  DE  LEWIS    

!

TEORIA  DE  LEWIS    

!

!

Excepcions  a  la  regla  del  octet  

Octet  incomplert  

Molèculas  amb  nº  impar  de  electrons  

Octet  expandid  

Algunes molècules o ions sumament reactius tenen àtomos amb menys de

vuit electrons en la seva capa externa.

Un exemple es el trifluorur de bor (BF3). En la molècula de BF3 l’àtom

de bor central tan sols té 6 electrons al seu voltant.

Octet incomplert  

Teoria de lewis

EL OCTET AMPLIAD: La regla es basa que en l’últim nivell acaba amb s2p6, però a partir del tercer nivell els àtoms són prou grans com per admetre 4 oxigen al seu voltant i no complir la regla de l’octet. De fet existeixen el orbitals “ d “ als que poden promocionar electrons. Aquestes estructures no tenen configuració de gas noble però també són estables Exemples d’això són els compostos PCl5 , SF6 y SF4.

Les molècules amb un número senar d’electrons tampoc compleixen la regla de Lewis. Per exemple el NO

Quan els àtoms s’ajunten A TRAVÉS D’ENLLAÇOS COVALENTS, tenim MOLÈCULES REALS.

Ja no tenim una estructura tridimensional infinita formada per trilions d’àtoms(o ions). En cas de pocs àtoms enllaçats, tenim el que podem anomenar estructures moleculars simples.

Estructura molecular simple

Enllaços covalents

Electronegativitat: Propietat periòdica que indica la capacitat que té un àtom per competir, amb un altre àtom,

pels electrons amb els quals formen l’enllaç.

CARÀCTER  DE  L’ENLLAÇ  

CARÀCTER  DE  L’ENLLAÇ  NO TOT ÉS BLANC O NEGRE, TAMBÉ HI HA TONALITATS INTERMITGES

Les diferències d’electronegativitat entre els elements no metàl·lics fa que ja no podem parlar sempre d’enllaç covalent pur o iònic pur, és més correcte parlar d’un enllaç que té un tant per cent d’enllaç iònic o covalent. També podem dir que tal o qual enllaç és predominantment iònic o covalent, ... . A més, en un enllaç covalent, i segons l’electronegativitat dels àtoms que la formin, els electrons d’enllaç estan més o menys desplaçats cap un dels dos components de l’enllaç. Aquest fet ocasiona que l’enllaç estigui polaritzat i, fins i tot, que la molècula sigui polar. Aquesta serà la causa d’una bona part de les forces entre molècules.

CARÀCTER  DE  L’ENLLAÇ  

Una  diferència  major  o  igual  a  1,5  indica  que  es  formarà  un  compost  predominantment  iònic.  

NO TOT ÉS BLANC O NEGRE, TAMBÉ HI HA TONALITATS INTERMITGES

   En  una  molècula  hi  ha  enllaços  entre  els  àtoms  que  la  formen,  però  també  hi  ha  enllaços  entre  aquestes  molècules  en  la  substància  pura  que  aquestes  formen  (forces  intermoleculars).  Aquestes  forces  són  degudes  a  les  polaritats  de  les  molècules.  

Enllaços entre àtoms

Enllaços entre molècules

FORCES  INTER  –  MOLECULARS      •  Per  haver-­‐hi  forces  entre  molècules  hi  ha  d’haver  molècules.    •  Les  molècules  es  formen  amb  enllaços  covalents.  És  a  dir,  la  unió  entre  els  

àtoms  que  formen  la  molècula  és  predominantment  covalent.    •  Els  únics  elements  de  la  taula  periòdica  que  formen  enllaços  covalents  són  els  

d’electronegaOvitat  alta.  És  a  dir,  el  no  metalls  i  alguna  combinació  entre  no  metalls  i  metalls,  per  exemple  BeCl2.  

 •  Una  cosa  són  les  unions  entre  els  àtoms  que  formen  la  molècula,  que  ja  hem  

dit  que  són  covalents,  i  l’altra  les  forces  entre  molècules.      •  Considerarem  dos  Npus  principals  de  forces  entre  molècules:  

•  Van  der  Waals.  

•  Pont  d’Hidrogen.      

 VAN  DER  WAALS:      Són  forces  dèbils.  Que  són  degudes  a  polaritats  febles  de  les  molècules.  Aquestes  polaritats  poden  ser:      Instantànies:  per  oscil·∙lacions  del  núvol  d’electrons  de  la  molècula.  Aquest  efecte  és  més  important  com  més  gran  és  la  molècula.  Per  exemple  és  més  important  en  I2,  que  per  el  Cl2  i  en  el  CCl4  encara  serà  més  important  ja  que  és  més  gran.  

En  la  imatge  tenim:    a.  La  càrrega  esta  distribuïda  simètricament.  b.  Hi  ha  un  desplaçament  de  la  càrrega.  S’ha  format  un  di-­‐pol.  c.  El  di-­‐pol  de  la  primera  molècula  indueix  un  desplaçament  de  la  carrega  en  una  altra  

molècula.  S’ha  format  un  altre  dipol  i,  per  tant,  apareix  una  força  elèctrica  entre  les  molècules.    

   Aquesta  interacció  existeix  entre  tots  els  àtoms  o  molècules,  però  és  emmascarada  per  altres  interaccions  més  fortes.  Quan  tan  sols  existeix  aquesta  és  quan  la  reconeixem.  Un  exemple  d’aquest  Opus  d’interacció  entre  molècules  el  tenim  en  el  I2.  Com  més  gran  siguin  els  àtoms  o  molècules  més  important  és  aquesta  interacció    

VAN  DER  WAALS:    

Permanents,  com  NO,  en  aquest  cas,  lleugeres  diferències  de  l’electronegaOvitat  crea  de  per  si  una  polaritat  permanent  en  la  molècula.      Les  molècules  di-­‐polars  tendeixen  a  ordenar-­‐se  tal  com  mostra  la  figura.    

Normalment, el moviment tèrmic romp aquesta disposició ordenada a què tendeixen les molècules amb interaccions de Van der Waals. Malgrat això, l’efecte dels di-pols, del tipus que sigui, provoca variacions en les propietats físiques, com són el punt d’ebullició de líquids, o els de fusió de sòlids.

PONT  D’HIDROGEN:      També  és  degut  a  la  polaritat  de  l’enllaç  covalent  però  és  més  intens  que  les  forces  de  Van  der  Waals.  Es  produeix  en  molècules  en  les  que  l’hidrogen,  que  sempre  és  un  àtom  terminal  en  una  molècula,  està  enllaçat  amb  un  àtom  d’elevada  electronegaOvitat  provocant  una  polarització  de  l’enllaç  i,  a  vegades  de  la  molècula.  Aquesta  polarització  provoca  forces  d’unió  entre  les  molècules  de  Opus  electrostàOc.  

En  el  fluorur  d’hidrogen  gasós,  moltes  molècules  estan  associades  formant  estructures  cícliques  com  la  de  la  figura  de  la  dreta.    La  línia  conrnua  marca  els  forts  enllaços  covalents  dintre  de  la  molècula  i  les  línies  de  punts  les  forces  més  dèbils  de  Pont  d’hidrogen.      

La important diferència d’electronegativitat entre el fluor i l’hidrogen provoquen un enllaç covalent fortament polaritzat

PONT  D’HIDROGEN:    

L’enllaç  de  Pont  d’Hidrogen  també  és  molt  important  en  el  cas  de  l’aigua.  Existeix  sempre  en  l’aigua  però  és  parOcularment  important  quan  l’aigua  es  gela,  formant  una  estructura  com  la  de  la  figura.  

(a) i  (b),  aigua  sòlida,  cada  molècula  d’aigua  està  rodejada  d’altres  4  molècules,  deixant  espais  buits  i  reduint  així  la  densitat.    

(c)  l’aigua  és  líquida.      Les   línies   de  punts   són   les   que   assenyalen  les   unions   de   Pont   d’Hidrogen   entre   les  molècules  d’aigua.    

Efectes  de  l’enllaç  intermolecular  de  Pont  d’Hidrogen:    L’increment  de  les  temperatures  de  fusió  de  l’aigua,  amoníac  i  el  fluorur  d’hidrogen.  En  els  tres  casos  hi  ha  un  canvi  en  la  tendència  de   la   temperatura   de   fusió   respecte   als   altres   elements   del   seu  grup  de  la  taula  periòdica.    L’efecte   del   Pont   d’Hidrogen   no   es   produeix   en   les   altres  molècules  degut  que  no  hi  ha  gran  diferència  d’electronegaOvitat.        

ENLLAÇOS MOLT FORTS ENTRE ÀTOMS

(per tant difícils de rompre!)

ENLLAÇOS BASTANT MÉS FEBLES ENTRE MOLÈCULES

(per tant fàcils de separar)

SUBSTÀNCIES COVALENTS SIMPLES

SOLID LÍQUID GAS

Les substàncies moleculars simples seran normalment gasoses o líquides a temperatura ambient. S’haurà de baixar molt la temperatura per que es puguin establir estructures típiques d’un sòlid.

Per tant, aquestes substàncies moleculars tindran punts de fusió i ebullició baixos

Compoust P.F (°C)

P.E (°C)

Estat a T ambient.

Aigua, H2O 0 100 Liquid

Butà, C4H10 -138 -0.5 Gas

Metà, CH4 -182 -164 Gas

Diòxid de carboni CO2 - -78 Gas

Oxigen, O2 -218 -183 Gas

Hidrogen, H2 -259 -252 Gas

Oxigen líquid bollint a -183°C

Oxigen sòlid a -240°C

Pel fet que els enllaços intermoleculars són febles, les substàncies moleculars simples són toves i fràgils quan són sòlides.

Com que en les molècules no hi ha àtoms carregats, aquestes substàncies no condueixen l’electricitat en cap cas.

ALGUNS SÒLIDS COVALENTS. En química sempre hi ha excepcions  

Formen enllaços covalents simples en dos o tres dimensions de l’espai amb àtoms iguals o diferents.

Exemples:

SiO2 (quars),

C (diamant), C (grafit)

ESTRUCTURA DEL GRAFITO

Els dos primers són sòlids extremadament durs amb punts de fusió molt alts.

En un metall els electrons perden algun dels seus electrons més externs. Aquests electrons són “compartits” per TOTS els cations metàl·lics.

CATIONS METÀL.LICS

Electrons lliures compartits

ENLLAÇ METÀL·LIC

EL gran nombre d’electrons que comparteixen tots el àtoms fa que els metalls siguin bon conductors de CALOR i ELECTRICITAT.

Aquest tipus d’estructura fa que els metalls siguin DÚCTILS i MAL·LEABLES

ENLLAÇ METÀL·LIC

Altds                                                  Propietat  

Iònic   Covalent  (simple)  

Metàl·∙lic  

Tipus  d’àtoms  implicats?  

Com  estan  disposats?  

Un  exemple  d’aquest  enllaç  és:  

Tipus  d’interacció  

Com  són  els  punts  de  fusió  i  ebullició?  

ALTS  

Presenten  magneNsme?  

Són  solubles  en  aigua?    

Condueixen  l’electricitat  en    estat  sòlid,  líquid  o  gas?  

Altres    propietats  

METALL  i  NO  METALL   NO    METALLS   METALLS  

Formen  estructures  gegants  d’anions  i  caOons  

Formen  molècules  amb  poques  forces  d’atracció  

entre  elles  

Formen  estructures  gegants  de  caOons  

Na   +  Cl  

-­‐  O  H   H  

+ - + - + - + - + - + - + - + -

ALTS  BAIXOS  

NO  MAGNÈTICS  

NO  SOLUBLES  en  aigua    

ALGUNS  SÓN  MAGNÈTICS  

MOLTS  SÓN  SOLUBLES   NO  SOLUBLES  (en  aigua)  

CONDUEIXEN  EN  ESTAT  LÍQUID  O  DISSOLTS  

NO  CONDUEIXEN  (aïllants)  

CONDUEIXEN  EN  ESTAT  SÒLID  O  FOS  

DúcOls  i  mal·∙leables  Tous  (en  cas  que  siguin  sòlids)  Durs,  però  fràgils  

NO  MAGNÈTICS  

Tipus  enllaç  

En tota l’estructura. Forces electrostàtiques entre ions.

Entre els àtoms a la molècula (forta). Entre molècules (feble)

En tota l’estructura els cations estan units pel núvol electrònic