ENLACE QUÍMICO

INTRODUCCIÓN

ENLACE QUÍMICO

Propiedades de las sustancias ¿De que dependen?

ENLACE QUÍMICO

Hay enlace químico entre 2 átomos o grupos de átomos cuando las fuerzas que se

establecen entre ellos permiten la formación de un agregado con la suficiente estabilidad para que pueda ser considerado una especie

independiente.

Análisis energético

ENERGÍA

A + B

A--B

Figura 1. Energía de dos átomos separados A y B, en relación a la energía de A y B enlazados.

¿Qué implica estudiar el enlace químico?

Comprender cómo se mantienen unidos los átomos

Conocer la fuerza de unión. Comprender por qué los átomos se

distribuyen con determinada geometría en el espacio.

Conocer cómo se relaciona la estructura de la molécula o cristal con las propiedades químicas y físicas de las sustancias

Cl + Cl --> Cl Cl

G. Lewis estableció que la máxima estabilidad para un átomo resulta cuando forma una especie en la que es isoelectrónico con un gas noble:

Por ejemplo, utilizando los símbolos de Lewis, la formación de la molécula de Cl2 a partir de dos átomos de cloro se

puede representar según la figura 2. En la misma se representa cada átomo de Cl, con sus siete electrones de valencia. En la molécula de Cl2 un par

de electrones se comparte entre ambos átomos de cloro, representando el enlace y el resto de los electrones se reparten entre ambos átomos. Cada átomo de Cl en la molécula se encuentra rodeado en total por ocho electrones.

Gilbert Lewis 1916

Símbolos de Lewis representando la formación del par iónico NaCl a partir de los átomos que lo forman.

Na + Cl --> ClNa+-

comprender el enlace químico es comprender cómo el balance de fuerzas de repulsión y atracción – en el que predominan estas últimas - lleva a la formación del enlace químico entre los átomos.

Para algunas moléculas se logra una estabilización energética cuando uno o más electrones se comparten entre dos átomos. Este enlace se denomina covalente. En un enlace covalente las funciones de ondas de los electrones de los diversos átomos se superponen en la región del espacio dada por los dos núcleos, como se representa en la figura. Para poder describir este tipo de enlace es necesario conocer lo mejor posible las funciones de onda de las moléculas.

Esquema de la densidad electrónica alrededor de un enlace covalente.

En cambio, en los enlaces denominados iónicos esta estabilidad se logra cuando uno o más electrones son transferidos desde un átomo electropositivo a uno electronegativo. Esto lleva a que cada ión tenga carga opuesta, siendo la interacción de atracción la de mayor importancia. Dando como resultado que los dos iones tengan menor energía cuando están juntos que cuando están separados. Y eso explica su existencia. Dicha situación se representa en la figura 5, los iones se acercan entre sí pero sin llegar a un solapamiento de sus nubes electrónicas.

Enlace Iónico

Esquema de la densidad electrónica alrededor de un enlace iónico.

Figura 5. Esquema de la densidad electrónica alrededor de un enlace iónico.

Estructuras de Lewis

X

Símbolos de Lewis:Símbolos de Lewis:Son una representación gráfica para comprender donde están

los electrones en un átomo, colocando los electrones de valencia como puntos alrededor del símbolo del elemento:

vv

vv

Enlace iónico

Propiedades macroscópicas:

•En forma sólida conducen bastante mal la electricidad

•Al fundirse son buenos conductores (presencia de iones)

•Los compuestos tienen puntos de fusión y ebullición altos•Son sustancias frágiles (separación mecánica)

•Solubles en solventes polares.

Estructura del NaCl

Cúbica centrada en la cara

Cloro

Formación de un Cristal

16

Estructura del ClCs

Blenda de Zinc

Azufre

CaF2

MODELO IÓNICO

MODELO:

Un modelo es un idealización que permite describir teóricamente un sistema y predecir y explicar en forma aproximada, hechos experimentales.

Enlace Químico

MODELO IÓNICO

Los iones son esencialmente esferas con carga, incompresibles, indeformables que interaccionan por fuerzas coulómbicas electrostáticas en el cristal

+ -r

Enlace Químico

+ -

rezz

Eo

at 4

2

.

r

Enlace Químico

En

ergí

a P

oten

cial

rTotal

Atracción

rezz

Eo

at 4

2

.

Repulsión

Enlace Químico

+ -

Enlace Químico

2r 2r

22

rezz

o4E

2

r r

2

3r 3r

32 - .....

Enlace Químico

“CRISTAL UNIDIMENSIONAL”

Enlace Químico

r

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

2r

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

2r

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

2r

2

12

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

2

12

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

3r

2

12

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

3r

3

82

12

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

AN

r4πezNAz

E0

2-

.....3

82

12

rezz

o4E

2

6[

Enlace Químico

Enlace Químico

Tipo de Estructura Celda Unidad Madelung, A

NaCl 1.74756

CsCl 1.76267

CaF25.03878

Blenda de Zinc (ZnS)

1.63805

Wurtzita (ZnS) 1.64132

Enlace Químico

En

ergí

a P

oten

cial

rTotal

Atracción

Repulsión

Enlace Químico

r4πezNAz

E0

2-

nrep rBN

E

rezzAN

o4E

2

nrBN

En

ergí

a P

oten

cial

rTotal

Atracción

Repulsión

Enlace Químico

0dr

dE

rezzAN

o4E

2

nrBN

120

2

40

nrnNB

rezNAz

drdE

nrezAz

Bn

0

12

4

Enlace Químico

nrezNAz

Eo

ret

11

4

2

Enlace Químico

Número de Avogadro(6.02 x 1023)

Constantede Madelung

Distancia interiónica

Coeficiente

de Born

-o

ECUACIÓN DE BORN-LANDÉ

U

Carga del catión ydel anión

nHe 5

Ne 7

Ar 9

Kr 10

Xe 12

nrezNAz

Uoo

11

4

2

nrzAz

Uo

11

139000

U en kJr0 en pm

Enlace Químico

nrzAz

Uo

11

139000

A = 1.747

z+ = 1 z- = -1

n = 9

ro = 282 pm

NaCl

U = 765 kJ/mol

Enlace Químico

Estructura N° de iones () Madelung, A A/

NaCl 2 1.74756 0.88

CsCl 2 1.76267 0.87

Zinc Blende 2 1.638 0.82

Wurtzite 2 1.64132 0.82

Fluorite 3 2.51939 0.84

Rutile 3 2.408 0.80

Ecuación de Kapustinskii

nrezNAz

Uoo

11

4

2

88.0A 9nEnlace Químico

rrzzv

U51008.1

z+ y z- son las cargas de los iones

r radio de los iones (picometros) ro

Enlace Químico

rNa+ = 116 pm r Cl

- = 167 pm

UNaCl = 763 kJ/mol

nrzAzx

Uo

11

1039,1 5

¿Funciona el modelo iónico?

Enlace Químico

NaCl

765

kJ/

mol

Enlace Químico

Na+Cl-

En

ergí

aNa+

Cl-

E1

E2

Na+(g) + Cl- (g)

NaCl (s)

LEY DE HESS

U

Enlace Químico

Na+(g) + Cl- (g)

NaCl (s)

U

Na(s) + ½ Cl2 (g)

Hf Hsub + ½ DCl-Cl + INa + ½ AECl

Enlace Químico

∆Hfo=- 411kJ/mole

∆Hsub= 108 kJ/mol

½ D = 121 kJ/mol

EA = - 354 kJ/mol

I = 502 kJ/mol

U=?

NaCl (s)

∆Hfo= ∆Hsub

o +1/2 D + I + EA + U

- 411= 108 +121 +502 + (-354) + U

U = 788 kJ/mol

Predijimos U = 765 kJ/mol

CICLO DE BORN-HABER

-U

Na+(g) + Cl- (g)

Na+(g) + Cl (g)

Na(g) + Cl (g)

Na(g) + 1/2 Cl2 (g)

Na(s) + 1/2 Cl2 (g)

Compuesto

U experimental U Born-LandéApartamient

o (%)

NaF 910 904 0,6

NaCl 772 757 2

NaBr 736 720 2

NaI 701 674 3,5

CsF 741 724 3,5

CsCl 652 623 4

CsI 611 569 7

MgF2 2922 2883 1,5

Enlace Químico

Compuesto

U experimental U Born-LandéApartamient

o (%)

AgF 231 208 11

AgCl 219 187 17

AgBr 217 181 20

AgI 214 176 22

Enlace Químico

Enlace Químico

CARÁCTER COVALENTE DEL ENLACE IÓNICO

CARÁCTER COVALENTE DEL ENLACE IÓNICO

Enlace Químico

REGLAS DE FAJANS

mayor carga

menor radio

configuración distinta de gas noble

mayor carga

mayor radio

= potencial iónico ()

Enlace Químico

Polarizabilidad del anión

Poder polarizante del catión

Fajans : Aplicaciones

AgX Solubilidad agua (25°C)

AgF 14 M

AgCl 1.45 x 10-5 M

AgBr 7 x 10-7 M

AgI 9 x 10-9 M

-mas grande-mas polarizable-más covalente-menos soluble en agua

Enlace Químico

Apartamiento (%)

11

17

20

22

Fajans : Aplicaciones

-más pequeño

-más polarizante

-más covalente

-menor punto de fusión

MCl2 Radio (nm) Pto.Fusión(°C)

Be2+ 59 405

Mg2+ 86 712

Ca2+ 114 772

Ba2+ 149 960

Enlace Químico

Tránsito iónico -covalente

Menores puntos de fusión

Menor solubilidad en solventes polares

Estructura cristalina en capas

Menos conductores de electricidad en solución

Menor dureza

Enlace Químico

Algunas Conclusiones

Born – Landé

Kapustinskii

Modelo iónico

Contribuciones no iónicas a la fuerza de unión total

Enlace Químico

Enlace de tránsito