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TEORA DE ORBITAL MOLECULAR(TOM)
UNI-FIQT AACB
QUMICA I
Profesor: Jaime Flores 2014-1
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Orbitales Moleculares
Si hay orbitales en los tomos, por qu
no ha de haber orbitales en las
molculas. Para que haya orbitales en las
molculas es necesario construir
funciones de onda monoelectrnicaspara las molculas.
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ORBIT LES MOLECUL RES
Teora de orbitales moleculareslos enlaces se forman a partirde la interaccin de orbitales tomcos para formar orbitales
moleculares.
OO
Debera ser diamagntico
Experimentalmente se observa que el O2es paramagntico.El comportamiento paramagntico se atribuye a la presencia
de electrones desapareados en el diagrama de energa.
No se observan electrones
desapareados
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Es un modelo para explicar el enlace qumico en la que los
electrones no estn asignados a enlaces individuales entre
tomos, sino que distribuyen en una secuencia de orbitales
moleculares obtenidas por combinacin lineal de las
funciones de onda los norbitales atmicos constituyentes.
El nmero de orbitales moleculares es igual al nmero
de orbitales atmicos combinados. El orbital molecular de menor energa (mas estable) se
forma cuando se solapan dos orbitales atmicos que estn
en fase (orbital molecular enlazante).
Si los orbitales moleculares no se encuentran en fase, elsolapamiento es destructivo (orbital molecular
antienlazante); es decir, si los electrones se encontraran en
este orbital, los dos tomos se repeleran y presenta mayor
energa y menor estabilidad.
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1. El nmero de orbitales moleculares (OMs) siempre es
igual al nmero de orbitales atmicos combinados.
2. Entre ms estable es el enlace OM, menos estable es el
antienlace correspondiente.3. Los OMs se llenan de acuerdo con su nivel de energa.
4. Cada OM puede tener hasta dos electrones.
5. Se utiliza la regla de Hund cuando se aaden electrones alos OMs del mismo nivel de energa.
6. El nmero de electrones en los OMs es igual a la suma de
todos los electrones en los tomos unidos.
Configuracionesde orbitalesmoleculares (OM)
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H2
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orden de enlace=1
2
Nmero de
electrones en
enlaces OM
Nmero de
electrones en
antienlaces OM( - )
1 0
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SUPERPOSICIN DE ORBITALES p
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1s1s2s2s2p2px= 2py 2px= 2py2p
Excepto para B, C y N:
1s1s2s2s2px= 2py2p2px= 2py2p
Energa
creciente
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Diagrama de Orbitales Molecu lares para especies con
con 14 electro nes o menos (izqu ierda) y ms de 14
electr ones (derecha).
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Especie diamagntica
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Especie diamagntica
sin electrones desapareados
repulsin dbil con un campo magntico
Especie paramagntica
con electrones desapareados
atrada por un campo magntico
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Molculas diatmicas heteronucleares: el monxido decarbono, CO
LUMO
HOMO
Diagrama de orbitales moleculares de NO
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Diagrama de orbitales moleculares de NO
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ENLACE METLICO
Las propiedades de los metales: altaconductividad trmica yelctrica, brillo, maleabilidad, ductilidad, son consecuencia del
enlace metlico que se da entre sus tomos.Teoria del Mar de Electrones
En este modelo, el slido metlico serepresenta como un conjunto de
cationes metlicos en un mar deelectrones de valencia.
Los cationes (formados por el ncleo del
tomo y los electrones que no participan
del enlace) se encuentran en posiciones
fijas, los electrones de valencia se
mueven entre ellos deslocalizadamentees decir por todo el cristal metlico, sin
pertenecer a ningn tomo en particular
(estn distribuidos de manera uniforme en
toda la estructura).
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Teora del Mar de Electrones
El conjunto de electrones deslocalizados se comporta como una
verdadera nube de electronesy tambin se los denomina como gasde electrones.La presencia de estos electrones de valencia que no pertenecen a
ningn tomo en particular sino a todos los cationes del cristal, anula
prcticamente las fuerzas repulsivas de los cationes e incrementa la
estabilidad del sistema.
El enlace metlico puede cons iderarse como la accin
estabil izante de los electro nes de valencia desloc alizados entre
los c at iones.
Para describir el enlace metlico hace falta un cristal metlico,
constituido por un conjunto ordenado de tomos de elementos
metlicos ordenados en el espacio y no dos tomos como en el casode los enlaces inicos y covalentes.
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Modelo del Mar de Electrones
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Teora de BandasDe acuerdo con TOM, por interaccin de N orbitales atmicos se
formarn N orbitales moleculares.
De la interaccin de un mol de tomos de sodio, la interaccin de6,022x1023orbitales atmicos 3sproducir 6,022x1023orbitales
moleculares muy poco espaciados.
En lugar de los pocos orbitales moleculares con energas
ampliamente espaciadas tpicas de molculas pequeas, la inmensa
cantidad de orbitales en un metal hace que estn tan cerca entre sen energa que forman una bandacasi continua. Estas bandascontinuas de orbitales pertenecen al cristal como un todo.
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Eg = Energa de desdoblamiento Es la energa necesaria para llevar un
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Eg = 1,1 eV (Si)
Eg = 0,67 eV (Ge)
Eg = 1,41 eV (ArGa)
Eg
Eg = Energa de desdoblamiento. Es la energa necesaria para llevar un
electrn de la banda de valencia a la banda de conduccin.
Eg 10 eV Eg = 0
A la banda de menor energa se la denomina banda de valenc ia
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A la banda de menor energa, se la denomina banda de valenc ia
y esuna banda de orbitales moleculares llenos.
La otra banda, la de niveles ms altos de energa, se denomina
banda de conduccin que es una banda vaca o llena
incompletamente de orbitales moleculares.La teora de bandas, explica que segn el tipo de sustancia, las
bandas de valencia y de conduccin pueden o no estar separadas
por bandas de energa de valores prohibidos. Para los cristales no
metlicos, la representacin grfica incluye una banda proh ib ida.
Esta banda prohibida implica una diferencia energtica muy grandepara que los electrones la puedan superar y as poder llegar a la
banda de conduccin.
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Conducto r metlico : es un
conductor electrnico en el cual
la conductividad elctricadisminuye a medida que
aumenta la temperatura.
Ejemplo: metales y otros slidos
como el grafito.
Semiconductor : es unconductor electrnico en el cual
la conductividad elctrica se
incrementa a medida que
aumenta la temperatura.Ejemplo: un cristal puro de silicio
que contenga una pequesima
cantidad de arsnico o de indio.
L d ti id d l t i d t l di i did l
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La conductividad elctrica de un metal disminuye a medida que la
temperatura aumenta porque el aumento de temperatura provoca la
agitacin trmica de los iones metlicos (vibran ms vigorosamente) y
colisionan con los electrones impidiendo el flujo de electrones cuando se
aplica un campo elctrico.Los semiconductorestienen bandas de valencia llenas que estnligeramente por debajo (muy prximas en energa), pero que no se
solapan, con bandas de conduccin vacas. No conducen la electricidad
a temperaturas bajas, pero un pequeo aumento de la temperatura
alcanza para excitar a algunos de los electrones de energa ms elevadahacia la banda de conduccin vaca, donde pueden moverse a travs de
todo el slido.
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La capacidad de un semiconductor para transportar una corriente
elctrica puede tambin ser amplificada por adicin de electrones a la
banda de conduccin o por remocin de algunos de la capa de valencia.
Esta modificacin es llevada a cabo qumicamente mediante dopadodelslido, o diseminando cantidades pequeas de impurezas a travs de l
Por agregado de una diminuta cantidad de arsnico (grupo 15) al silicio
muy puro, el arsnico incrementa la cantidad de electrones en el slido
Los electrones adicionales entran a la banda de conduccin superior
normalmente vaca del silicio y le permiten al slido conducir. Este tipode material se denomina semiconductor tipo n,debido a que contieneexceso de electrones cargado negativamente.
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Cuando el silicio es mezclado con indio (grupo 13) en lugar de
arsnico, el slido tiene menos electrones de valencia que el silicio
puro, por lo tanto el enlace de valencia no est completamente lleno,
se dice que contiene huecos.Debido a que la banda de valencia no est completamente llena, ha
sido convertida en una banda conductora y la corriente elctrica puede
fluir.
Este tipo de semiconductor se llama semiconductor tipo pporque la
ausencia de electrones cargados negativamente es equivalente a lapresencia de huecos cargados positivamente.
Los dispositivos electrnicos en estado slido, como diodos,
transistores y circuitos integrados, contienen uniones p-n en las cualesun semiconductor tipo p est en contacto con un semiconductor tipo n
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Semiconductores dopados
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Aunque los cationes se
desplacen, los e- de la redamortiguan la fuerza de
repulsin entre ellos
Por el contrario, en los
Compuestos inicos este
desplazamiento produce
la fractura del cristal alquedar enfrentados
iones del mismo signo
Red de un metal
Red de un cristal inico
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