TEMA : ENLACE QUMICO (Universidad del Per. DECANA DE AMRICA) FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

DEPARTAMENTO ACADMICO DE DISENO Y TECNOLOGIA INDUSTRIAL

INTRODUCCIN A travs de las reacciones qumicas, los tomos tienden a llegar a estados mas estables con menores niveles de energa potencial qumica. Los tomos reaccionan qumicamente perdiendo o ganando electrones. Surgen fuerzas por interacciones de transferencia y distribucin electrnica. Los tipos de enlaces presentes en una sustancia, son responsables en gran medida de las propiedades fsicas y qumicas de la misma. Los enlaces tambin son responsables de la atraccin que ejerce una sustancia sobre otra. ENLACE QUIMICO: las fuerzas de atraccin que mantienen unidos entre si a los tomos o iones, para formar molculas o cristales. El alcohol etlico se evapora con ms rapidez que el agua. Estas propiedades de las sustancias, estn relacionadas estrechamente con sus enlaces qumicos.

ELECTRONES DE VALENCIA: ELECTRONES EN LA CAPA EXTERNA. Una propiedad destacada de los elementos es su tendencia a formar una estructura con capa externa estable. Para muchos elementos, esta capa externa estable contiene 8 electrones (dos s y seis p) idntica a la estructura electrnica externa de los gases nobles. Los tomos sufren rearreglos de la estructura electrnica para llegar a un estado de mayor estabilidad. Estos rearreglos se logran perdiendo, ganando o compartiendo electrones. ELECTRONES DE VALENCIA: son los electrones de la capa externa de un tomo responsable de la mayor parte de la actividad electrnica. REGLA DEL OCTETO: Cuando se forma un enlace quimico los atomos reciben, ceden o comparten electrones de tal forma que la capa

SIMBOLOS DE PUNTOS DE LEWIS Cuando los atomos interactuan para formar enlaces quimicos, solo entran en contacto las regiones exteriores.

Los elementos de configuraciones electronicas externas similares se comportan quimicamente en forma semejante.

Un simbolo de puntos Lewis esta formado por el simbolo del elemento y un punto por cada electron de valencia del atomo de un elemento.

Los atomos de los elementos cuyas energia de ionizacion son bajas tienden a formar cationes, mientras que aquellos con altos valores negativos tienden a formar aniones.

Entonces los elementos mas adecuados para formar cationes en los compuestos ionicos son los metales alcalinos y alcalinos terreos, asi como los mas adecuados para formar aniones son los halogenos y el oxigeno.

EJEMPLO: .Li 1s22s11s22s22p5 Li+ - 1s21s22s22p6

LA ENERGIA RETICULAR DE LOS COMPUESTOS IONICOS La formacin de los compuestos inicos depende del valor de la energa de ionizacin y afinidad electrnica de los elementos que lo forman. Ambos procesos estn definidos en fase gaseosa.

En el estado solido, cada catin se encuentra rodeado de un numero especifico de aniones y viceversa.

La estabilidad global del compuesto inico solido depende de las interacciones de todos los iones y no solo de un catin o un anin.

Una medida cuantitativa de la estabilidad de cualquier solido inico es su energa reticular, que se define como la energa requerida para separar completamente un mol de un compuesto solido inico en sus iones en estado gaseoso. Estabilidad de los compuestos inicos slidos.Energia + NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g) La energia reticular = 788 kJ/molSe necesita suministrar 788 kJ de energia para separar 1 mol de NaCl solido en 1 mol de NaCl solido en 1 mol de iones Na+ y 1 mol de iones Cl-.

El ciclo de Born-Haber para la determinacin de energas reticulares Si se sabe la estructura y composicin del compuesto inico, se puede calcular la energa de red del compuesto utilizando la Ley de Coulomb. Pero tambin se puede determinar indirectamente, considerando que la formacin de un compuesto inico se efecta en una serie de pasos conocidos como el ciclo de Born-Haber.

El ciclo de Born-Haber relaciona la energa reticular de los compuestos inico con las energas de ionizacin, afinidades electrnicas y otras propiedades atmicas y moleculares. Este enfoque se basa en la Ley de Hess.

EJEMPLO: Li(s) + 1/2F2(g) LiF(s)H = - 594.1 kJPaso1: Conversion de litio solido a vapor de litio vapor (la conversion directa de solido a gas se llama sublimacion.

Li(s) Li(g)

La energia de sublimacion del litio es 155.2 kJ/molH 1 = 155.2 kJ

PASO2: Disociacion de mol de fluor gaseoso F2 en atomos gaseosos de fluor separados.

F2(g) F(g)

La energia necesaria para romper los enlaces de 1 mol de moleculas de F2 es 150.6 kJ. Como se estan rompiendo los enlaces de medio mol de F2, el cambio de entalpia es 150.6/2 o 75.3 kJ

PASO3: Ionizacion de mol de atomos de litio gaseoso Li(g) Li+(g) + e-

Este proceso corresponde a la primera ionizacion del litio.

PASO4: Adicion de 1 mol de electrones a 1 mol de atomos de fluor gaseoso.

F(g) + e- F-(g)

PASO5: Combinacion de 1 mol de Li+ 1 mol de F-, ambos gaseosos para formar 1 mol de LiF solido:

Li+(g) + F-(g) LiF(s) H 2 = 75.3 kJH 3 = 520.0 kJH 4 = - 333.0 kJH 5 = ???

El inverso del paso 5, define la energia reticular del LiF.

energia + LiF(s) Li+(g) + F-(g) Li(s) Li(g) F2(g) F(g) Li(g) Li+(g) + e- F(g) + e- F-(g) Li+(g) + F-(g) LiF(s) H 1 = 155.2 kJH 2 = 75.3 kJH 3 = 520.0 kJH 4 = - 333.0 kJH 5 = ??? Li(s) + F(g) LiF(s) H total = - 594.1 kJDe acuerdo a la Ley de Hess

= H 1 + H 2 + H 3 + H 4 + H 5

H 5 = - 1012 kJ.

Por lo tanto, la energia reticular del LiF es + 1012 kJ/mol H total

A mayor energia de red, mas estable es el compuesto ionico.

La energia reticular es siempre una cantidad positiva dado que la separacion de los iones del estado solido a iones en fase gaseosa es por la Ley de Coulom un proceso endotermico.

A mayor energia de red cristalina, es mayor la estabilidad del solido y los iones se enlazan mas fuertemente.

Notese que algunos electrones de valencia no intervienen en la formacion del enelace covalente; estos reciben el nombre de electrones no enlazados o pares libres. 8 e-8 e-REGLA DEL OCTETOREGLA DEL OCTETO: un atomo diferente del hidrogeno tiende a formar enlaces hasta que se rodea de ocho electrones de valencia. Enlaces sencillos Enlaces multiples, formados cuando 2 atomos comparten2 o mas pares de electrones.

Distribucion de cargas

En un periodo, la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha, coincidiendo con la disminucion del caracter metalico de los elementos.

En cada grupo, la electronegatividad disminuye al aumentar al aumentar el numero atomico, indicando un aumento en el caracter metalico.

ESCRITURA DE LAS ESTRUCTURA DE LEWISPASOS:1. Escriba la estructura basica del compuetso en forma que se muestre que atomos estan unidos entre si. En general, el atomo menos electronegativo ocupa la posicion central. El hidrogeno y el fluor, ocupan una posicion terminal en las estructuras de Lewis.

2. Contar el numero total de electrones de valencia. Para aniones poliatomicos, se agrega el numero total de cargas negativas Para cationes poliatomicos, se resta el numero de cargas positivas del total.

3. Dibujar un anlace covalente sencillo entre el atomo central y cada uno de los atomos que lo rodean. Completar los octetos d elos atomos enlazados al atomo central.

4. Si no cumple con la regla del octeto para el atomo central, se debe intentar escribir dobles o triples enlaces entre el atomo central y los circunvecinos, haciend uso de los pares no enlazados de estos ultimos.

EJEMPLO:NF3

HNO3

(CO3)2-

CARGA FORMAL Y ESTRUCTURA DE LEWISAl dibujar la estructura de Lewis d euna molecula, a menudo se encontrara util comparar el numero de electrones de un atomo aislado con el numero que se le asocia al mismo atomo en la molecula.

Esta comparacion revela la distribucion de electrones en la molecula y a dibujar la estructura de Lewis mas probable.

En un ATOMO AISLADO, el numero de electrones asociado con el atomo es simplemente el numero de electrones de valencia.

En una molecula, los electrones asociados con el atomo son los pares libres del atomo mas los electrones del par o los pares de enlace entre el atomo de referencia y otro atomo o atomos. CARGA FORMAL numero total de e- - numero total de e- - (numero total de un atomo en = de valencia en el no enlazados de e- de enlace una estructura atomo libre de Lewis

Calculo de Cargas formales de los atomos de oxigeno:

Atomo de O central: En la estructura de Lewis propuesta, el atomo central tiene: 6 electrones de valencia, un par libre (o dos electrones de no enlace) y 3 enlaces (o seis electrones de enlace)

Carga formal = 6 2 (6) = +1 Atomo de O terminal con O=O. Este atomo tiene 6 electrones de valencia, 2 pares libres (o 4 electrones de no enlace) y 2 enlaces (o 4 electrones de enlace).

Carga formal = 6 4 (4) = 0

Atomo de O terminal con O-O. Este atomo tiene 6 electrones de valencia, 3 pares libres (o 6 electrones de no enlace) y 1 enlace (o dos electrones de enlace).

Carga formal = 6 6 (2) = -1 +-

Reglas: Para moleculas neutras, la adicion de las cargas formales debe sumar cero. Para cationes, la suma de las cargas formales debe ser igual a la carga positiva. Para aniones, la suma de las cargas formales debe ser igual a la carga negativa.

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