CAP 1 Estructura Electronica y Enlaces Covalentes

Captulo 1 Estructura

electrnica y enlaces covalentes

Los tomos tienen una estructura interna que consiste en dos o ms partculas subatmicas: protones, neutrones y electrones.

protn - carga positiva

masa= 1.673 x 10-27 kg

neutrn sin carga

masa= 1.675 x 10-27 kg

electrn - carga negativa

masa= 9.109 x 10-31 kg

Resumen de la teora atmica

La mayor parte de la masa de un tomo se concentra en el ncleo.

El ncleo contiene uno o ms protones cargados positivamente y uno o ms neutrones sin carga elctrica.


Uno o ms electrones cargados negativamente estn en movimiento constante en alguna parte fuera del ncleo.

El nmero de electrones es igual al nmero de protones; en conjunto el tomo no tiene carga elctrica.


La mayor parte de un tomo es espacio libre porque el volumen del ncleo y los electrones son extremadamente pequeos en comparacin con el volumen total del tomo.

Resumen de la teora atmica moderna


Principio de incertidumbre de Heisenberg No es posible determinar ni la posicin ni la cantidad

de movimiento de un electrn.



de movimiento de un electrn. Funcin de onda

Describe la energa de un electrn y la probabilidad de encontrar al electrn en una regin alrededor del ncleo.





Orbital atmico La distribucin de probabilidad alrededor de un ncleo

atmico (es decir, funcin de onda = orbital atmico).




Orbital atmico La distribucin de probabilidad alrededor de un ncleo

atmico (es decir, funcin de onda = orbital atmico). Amplitudes magnitudes numricas Signos positivo o negativo Nodos los valores de la funcin de onda son

iguales a cero (dados por nmeros cunticos)


Orbitales atmicosorbital s

orbitales p

Otros puntos importantesPrincipio de exclusin de Pauli

Dos electrones de un mismo tomo no pueden tener sus cuatro nmeros cunticos idnticos.

Cada orbital atmico puede albergar, a lo ms, dos electrones.




Principio de Aufbau El orden de llenado de los orbitales atmicos, establece que

los electrones se van acomodando en stos, en orden ascendente de energa potencial.






Orbitales degenerados Son orbitales que tienen la misma energa (por ejemplo, 2px,

2py, 2pz).






Orbitales degenerados Son orbitales que tienen la misma energa (por ejemplo, 2px,

2py, 2pz).Regla de Hund

La configuracin electrnica con la multiplicidad ms alta (electrones sin aparear con espines paralelos) es ms estable.

CarbonoNmero atmico = 6

OxgenoNmero atmico = 8

Enlace qumico

Enlaces qumicos Fuerzas que mantienen juntos a los tomos en

los compuestos.

Enlace qumico


los compuestos. Electrones de valencia

Los electrones de la capa externa.

Enlace qumico


los compuestos. Electrones de valencia

Los electrones de la capa externa.Representaciones de Lewis o diagramas de puntos

de los tomos. Los puntos alrededor del smbolo qumico de

un tomo representan a los electrones de valencia.

Ejemplos

tomo Estructura electrnicaConfiguracinelectrnica

Estructura de Lewis

Boro

Fsforo

EjemplosEstructura electrnica

Configuracinelectrnica

Estructura de Lewistomo

Boro

Fsforo



Estructura de Lewis

tomo

Boro

Fsforo



Estructura de Lewistomo

Boro

Fsforo

El enlace inico

Transferencia de electrones de un tomo a otro.

Ejemplo: Cloruro de sodio

El enlace inico

La atraccin electrosttica entre dos iones de cargas opuestas.

El enlace covalente

Algunos tomos no transfieren electrones de un tomo a otro para formar iones.

El enlace covalente


En lugar de ello, forman un enlace qumico compartiendo un par de electrones entre ellos.

El enlace covalente


En lugar de ello, forman un enlace qumico compartiendo un par de electrones entre ellos.

Un enlace covalente consiste en un par de electrones compartido entre dos tomos.

Hidrgeno, H2

Fluoruro, F2

Nitrgeno, N2

Nitrgeno, N2

Carbon Dioxide, CO2Dixido de carbono,

Electronegatividad

La electronegatividad es una medida de la tendencia de un tomo para atraer hacia s un par de electrones en un enlace.

Electronegatividad

La electronegatividad es una medida de la tendencia de un tomo para atraer hacia s un par de electrones en un enlace.

Las diferencias de electronegatividad en los tomos con un enlace covalente dan como resultado enlaces covalentes polares.

Enlaces covalentes polares

La polaridad de un enlace se determina por la diferencia en los valores de electronegatividad.



Si las electronegatividades son las mismas, el enlace es no polar y los electrones se comparten de manera equitativa.



Si las electronegatividades son las mismas, el enlace es no polar y los electrones se comparten de manera equitativa.

Si los tomos tienen electronegatividades muy diferentes, el enlace es muy polar.


F2

HF


F2

HF

Un enlace covalente no polar


F2

HFUn enlace covalente

polar

Un enlace covalente no polar

Molculas covalentes polaresUna molcula polar es una que es

elctricamente asimtrica, lo que ocasiona que tenga carga opuesta en dos puntos.

Molculas covalentes polaresUna molcula polar es una que es

elctricamente asimtrica, lo que ocasiona que tenga carga opuesta en dos puntos.

La molcula posee un dipolo molecular.

Molculas covalentes polares

Se debe tener cuidado al distinguir entre enlaces polares y molculas polares!!

Molculas covalentes polares

Se debe tener cuidado al distinguir entre enlaces polares y molculas polares!!

Dixido de carbono:

Representaciones de las estructuras de Lewis o diagramas de puntos Encontrar el nmero total de electrones de valencia de

todos los tomos en la estructura.

Representaciones de las estructuras de Lewis o diagramas de puntos Encontrar el nmero total de electrones de valencia de

todos los tomos en la estructura. Escribir la estructura de los tomos y unirlos

mediante enlaces covalentes sencillos (dos electrones).

Encontrar el nmero total de electrones de valencia de todos los tomos en la estructura.

Escribir la estructura de los tomos y unirlos mediante enlaces covalentes sencillos (dos electrones).

Enlace normal:H: un enlace covalentehalgenos: un enlace covalenteO: dos enlaces covalentesN: tres enlaces covalentes

Representaciones de las estructuras de Lewis o diagramas de puntos

Representaciones de las estructuras de Lewis o diagramas de puntos Distribuir parejas de electrones (pares de puntos)

alrededor de cada tomo (excepto H) para darle a cada tomo ocho electrones a su alrededor (la regla del octeto).

Representaciones de las estructuras de Lewis o diagramas de puntos Distribuir parejas de electrones (pares de puntos)

alrededor de cada tomo (excepto H) para darle a cada tomo ocho electrones a su alrededor (la regla del octeto).

Si no hay suficientes electrones para que cada tomo tenga ocho electrones, hay que cambiar los enlaces sencillos entre los tomos por enlaces dobles o triples al cambiar pares no compartidos de electrones segn sea necesario.

Distribuir parejas de electrones (pares de puntos) alrededor de cada tomo (excepto H) para darle a cada tomo ocho electrones a su alrededor (la regla del octeto).

Si no hay suficientes electrones para que cada tomo tenga ocho electrones, hay que cambiar los enlaces sencillos entre los tomos por enlaces dobles o triples al cambiar pares no compartidos de electrones segn sea necesario.

Calcular las cargas formales y evaluar la estructura.

Representaciones de las estructuras de Lewis o diagramas de puntos

Ejemplos de estructuras de Lewis

Fosgeno, COCl2 Nmero de electrones de valencia:

C = 4 e-, O = 6 e-, 2 Cl = 14 e-; total = 24 e-

Estructura:

Utilizados 6 e-

Construir estructura



C = 4 e-, O = 6 e-, 2 Cl = 14 e-; total = 24 e-

Estructura:

18 e- ms


Aadir electrones



C = 4 e-, O = 6 e-, 2 Cl = 14 e-; total = 24 e-

Estructura:


Aadir electrones

Obedecer la regla

del octeto Hacer un enlace doble


Eteno, C2H4 Nmero de electrones de valencia:

2 C = 8 e-, 4 H = 4 e-; total = 12 e-

Estructura:

Utilizados 10 e-



Eteno, C2H4 Nmero de electrones de valencia:

2 C = 8 e-, 4 H = 4 e-; total = 12 e-

Estructura:

2 e- ms


Aadir electrones


Eteno, C2H4 Nmero de electrones valentes:

2 C = 8 e-, 4 H = 4 e-; total = 12 e-

Estructura:

Enlace doble


Aadir electrones

Obedecer la regla

del octeto


Glicina, NH2CH2CO2H Numero de electrones de valencia:

2 C = 8 e-, 5 H = 5 e-; N = 5 e-; 2 O = 12 e-; total = 30 e-

Estructura:

Utilizados 18 e-




2 C = 8 e-, 5 H = 5 e-; N = 5 e-; 2 O = 12 e-; total = 30 e-

Estructura:

12 e- ms


Aadir electrones



2 C = 8 e-, 5 H = 5 e-; N = 5 e-; 2 O = 12 e-; total = 30 e-

Estructura:

Enlace doble


Aadir electrones

Obedecer la regla

del octeto

Clculo de cargas formales

carga formal (fc) = (# valencia e-) (# de enlaces + # de e- no compartidos)



En una molcula neutral, la suma de las cargas formales es cero. Para un in, la suma de las cargas formales es igual a la carga del in.



En una molcula neutral, la suma de las cargas formales es cero. Para un in, la suma de las cargas formales es igual a la carga del in.

En una estructura de Lewis, un tomo que tiene el nmero de enlaces esperado en la base de su nmero de grupo no tiene carga formal.

Clculo de cargas formalesPatrones de enlace covalente normal:

Carbono Nitrgeno Oxgeno Halgenos

Cuatro enlacesNingn par solo

Tres enlacesUn par solo

Dos enlacesDos pares solos

Un enlaceTres pares solos

Clculo de cargas formalesEstructuras comunes con cargas formales:

Carbono Nitrgeno Oxgeno Halgenos


Diazometano, CH2N2 Nmero de electrones de valencia:

C = 4 e-, 2 H = 2 e-; 2 N = 10 e-; total = 16 e-

Estructura:

Utilizado 8 e-




C = 4 e-, 2 H = 2 e-; 2 N = 10 e-; total = 16 e-

Estructura:

8 e- ms


Aadir electrones



C = 4 e-, 2 H = 2 e-; 2 N = 10 e-; total = 16 e-

Estructura:

Dos estructuras razonables

oConstruir estructuraAadir electrones

Obedecer la regla del octeto



C = 4 e-, 2 H = 2 e-; 2 N = 10 e-; total = 16 e-

Estructura:

Estructuras de resonancia


Aadir electrones


Aadir cargas formales


Nitrometano, CH3NO2 Nmero de electrones de valencia:

C = 4 e-, 3 H = 3 e-; N = 5 e-; 2 O = 12 e-; total = 24 e-

Estructura:




C = 4 e-, 3 H = 3 e-; N = 5 e-; 2 O = 12 e-; total = 24 e-

Estructura:


Aadir electrones



C = 4 e-, 3 H = 3 e-; N = 5 e-; 2 O = 12 e-; total = 24 e-

Estructura:

oConstruir estructuraAadir electrones




C = 4 e-, 3 H = 3 e-; N = 5 e-; 2 O = 12 e-; total = 24 e-

Estructura:

Estructuras de resonancia


Aadir electrones


Aadir cargas formales

Reglas para representar estructuras de resonancia

No cambiar las posiciones relativas de los ncleos.



Las diferencias en las estructuras estn en las posiciones de los enlaces mltiples o de los pares no compartidos de electrones.




Siempre que sea posible, ajustarse a la regla del octeto.




Siempre que sea posible, ajustarse a la regla del octeto

Se prefieren las cargas formales de cero.

Estructuras de tres dimensiones

El modelo VSEPR (repulsin de pares de electrones de la capa de valencia) para la estructura molecular

El modelo VSEPR (repulsin de pares de electrones de la capa de valencia) para la estructura molecular Dibujar la estructura de Lewis.


El modelo VSEPR (repulsin de pares de electrones de la capa de valencia) para la estructura molecular Dibujar la estructura de Lewis. Contar los tomos unidos y los pares no

compartidos de electrones y determinar el arreglo que minimizar las repulsiones.


El modelo VSEPR (repulsin de pares de electrones de la capa de valencia) para la estructura molecular Dibujar la estructura de Lewis. Contar los tomos unidos y los pares no

compartidos de electrones y determinar el arreglo que minimizar las repulsiones.

Determinar las posiciones de los tomos y los pares no compartidos, y predecir su estructura.


Ejemplos

Tetracloruro de carbono, CCl4

Estructura de Lewis

Ejemplos

Tetracloruro de carbono, CCl4

Estructura de Lewis Estructura tetradrica

Estructura de esferas y palos

Ejemplos

Amonio, NH3

Estructura de Lewis

Ejemplos

Amonio, NH3

Estructura de pirmide triangular

Estructura de Lewis


Ejemplos

Fosgeno, COCl2

Estructura de Lewis

Ejemplos

Fosgeno, COCl2

Estructura plana triangular

Estructura de Lewis


Ejemplos

Acetonitrilo, CH3CN

Estructura de Lewis

Ejemplos

Acetonitrilo, CH3CN

Estructura de LewisTetradrico


Ejemplos

Acetonitrilo, CH3CN

LinealEstructura de Lewis


Enlaces en los compuestos orgnicos

La generacin de orbitales hbridos es resultado de mezclar orbitales atmicos y tener geometras de acuerdo a VSEPR.

Metano

La teora VSEPR sugiere una estructura tetradrica:

Metano

La teora VSEPR sugiere una estructura tetradrica:

Pero los orbitales atmicos del carbono no tienen la geometra correcta para producir un tetraedro.

Metano

Sin embargo, al mezclar el orbital 2s del carbono con los 3 orbitales 2p del carbono, se producen 4 orbitales hbridos sp3:

Metano

Sin embargo, al mezclar el orbital 2s del carbono con los 3 orbitales 2p del carbono, se producen 4 orbitales hbridos sp3 :

Metano

Estos 4 orbitales hbridos sp3 apuntan hacia las esquinas de un tetraedro:

MetanoEl traslape orbital del sp3 del carbono con

los orbitales 1s del hidrgeno produce los cuatro enlaces :

Un tomo tetradrico tiene una hibridacin sp3.

Eteno

Geometra plana triangular alrededor de cada tomo de carbono.

Los orbitales moleculares de eteno: Orbitales 1s de los cuatro tomos de hidrgeno Orbitales 2s, 2px, 2py y 2pz de los dos tomos de

carbono

EtenoLos orbitales 2s, 2px y 2py del carbono forman tres

orbitales hbridos sp2 en cada tomo de carbono. Los tres orbitales hbridos sp2 apuntan hacia las

esquinas de un tringulo.

Un tomo plano triangular tiene hibridacin sp2.

EtenoLos hbridos sp2 y los orbitales 1s del hidrgeno

componen el esquema , es decir, enlaces que tienen relativamente poca energa.

Un tomo plano triangular tiene hibridacin sp2.

EtenoCon ms energa que los enlaces de esquema- es

un enlace compuesto por completo por los orbitales 2pz de los dos tomos de carbono que traslapan a un enlace .

Dixido de carbonoLa teora VSEPR sugiere una estructura lineal:


Mezclar un orbital 2s C y un orbital 2p C para dar dos orbitales hbridos sp que apunten en direcciones opuestas :



Los enlaces completan la imagen del enlace:

Un tomo lineal tiene hibridacin sp.





Cul es la hibridacin en el oxgeno?





Cul es la hibridacin en el oxgeno?

sp2

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