Clase8 2 Enlace Quimico2014

7/23/2019 Clase8 2 Enlace Quimico2014

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CURSO DE QUMICA PQ112

TEORAS DEL ENLACE QUMICO

Cutipa, Montes y Felix Correa Concha y Vasquez H

TEORIAS SOBRE EL ENLACE QUMICOPuesto que dos electrones que tienen espines apareados pueden ocupar un orbital dado en lostomos, es posible suponer que los pares electrnicos en las molculas tambin ocupan alunaclase de orbital! "ado que los orbitales #ueron de#inidos por la ecuacin de $chr%diner, debemostener una teor&a de enlace que cumpliendo con las soluciones de esta ecuacin, descrita loselectrones en las molculas!'xisten dos mtodos para obtener soluciones aproximados( )*+ 'l mtodo de enlace de alencia,)-+ 'l mtodo del orbital molecular. sin embaro, ninuno es totalmente satis#actorio, y ambosresultan /tiles para establecer las propiedades de las molculas!

TEORA DEL ENLACE DE VALENCIA

'n este mtodo, el enlace entre dos tomos se produce cuando stos, al acercarse lo su#iciente,tienen sus orbitales atmicos en una posicin tal, que se superponen. es decir, un par electrnico )un electrn de cada tomo, cada uno con su espina opuesto+ ocupa un orbital de superposicinpara #ormar el enlace coalente! 'n la #ormacin de estos enlaces participan los electrones de lascapas de alencia!

P0$1234"0$ "' 34 1'0564 "' '734C' "' V43'7C84( son(8+ 3os orbitales que participan en la #ormacin de los enlaces deben de tener la mximasuperposicin )enlace ms estable+88+ Predice cualitatiamente las #ormas o eometr&a de las molculas debido a que, cuando untomo dado #orma ms de un enlace coalente con otros tomos, los nulos de enlace debern

corresponder a los nulos entre los orbitales que se usan para el enlace! '9emplo( una molculadiatmica tiene que ser lineal!888+ "eben de di#erenciarse los enlaces #ormados por dos tipos de electrones(a! 'nlace ( Cuando se solapan(

: "os orbitales s: "os orbitales p a lo laro de sus e9es!: 2n orbital s y un orbital p!

4l solaparse estos di#erentes tipos de electrones, se enera el enlace . donde los enlaces notienen nin/n plano nodal que contena el e9e internuclear! 4s&(

: $uperposicin de orbitales s(

: $uperposicin de orbitales p )lineal+(: $uperposicin de orbitales s y p!

2n e9emplo del enlace , respecto a la superposicin de orbitales s


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2n e9emplo del enlace , respecto a la superposicin de orbitales p )lineal+

b 'nlace ( Cuando se solapan dos orbitales p en sus planos paralelos, el enlace resultante es elenlace pi, . donde, los enlaces tienen un plano nodal que contiene al e9e internuclear ! 4s&(

: $uperposicin de dos orbitales p )e9es paralelos+!"ebe tenerse en cuenta que, ya sea en el enlace o en el enlace , la distribucin decaras se concentra entre los tomos para #ormar el enlace! 4s& mismo, los enlaces sonms #uertes que los enlaces !

8V+ Cuando entre dos tomos se #orman ms de un enlace, este enlace se denomina m/ltiple('nlace "oble( Cuando se comparten - pares de electrones en - con9untos de orbitales desuperposicin! '9emplo( 0-)(0;0(+'nlace 1riple( Cuando se comparten tres pares de electrones en < con9untos de orbitales de

superposicin! '9emplo( 7-)(77(+3os enlaces m/ltiples son ms #uertes que los enlaces simples, puesto que al disociarse unamolcula con un enlace doble, por e9emplo, es necesario romper dos enlaces ) un y un +

V+ Con el #in de #ormar orbitales con mayor capacidad de superposicin es posible que losorbitales atmicos de un tomo dado, se combinen, para #ormar un n/mero iual de orbitalesh&bridos

ORBITALES HBRIDOS, siempre tienen un potencial mayor de superposicin que elcorrespondiente a los orbitales es estado #undamental a partir de los cuales se #orman aquellos!1ienen direcciones que predicen nulos de enlaces cercanos a los de las molculas reales

1abla de los orbitales h&bridos importantes y sus #ormas(

1ipo deh&brido

0rbitalesatmicos

7/mero deorbitales

=nulo deenlace

e9emplo >eometr&a

sp s ? p - *@AB eH- 3ineal


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sp- s ? -)p+ < *-AB F< Planarsp< s ?


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#ormado a partir de *s #ormado a partir *s

donde, el asterisco denota un orbital molecular de antienlace!

'n un orbital molecular sima )de enlace o de antienlace+ la densidad electrnica se concentra

simtricamente alrededor de una l&nea entre los dos n/cleos de los tomos que se unen! "oselectrones en un orbital molecular sima #orman un enlace sima !

3a #iura muestra el diarama de nieles enerticos del orbital molecular, esto es, los nielesenerticos relatios de los orbitales producidos en la #ormacin de la molcula H- y lasinteracciones constructia y destructia entre los dos orbitales ls! 7tese que en el orbitalmolecular de antienlace hay un nodo, o densidad electrnica cero, entre los n/cleos! 3os n/cleosse repelen entre s& por sus caras positias! 3os electrones en los orbitales moleculares de enlacetienen menor ener&a )y en consecuencia mayor estabilidad+ que si estuieran en los tomosaislados! Por otro lado, los electrones en los orbitales moleculares de antienlace tienen mayorener&a )y menor estabilidad+ que la que tendr&an si estuieran en los tomos aislados!

Fiura a+ 7ieles enerticos de orbitales moleculares de enlace y antienlace en la molcula de

H-! 7tese cmo los dos electrones en *s deben tener espines opuestos de acuerdo con elprincipio de exclusin de Pauli! 1nase presente que a mayor niel enertico del orbitalmolecular, menos estables son los electrones en ese orbital molecular! b+ 3as interaccionesconstructias y destructias entre los dos orbitales *s del hidreno conducen a la #ormacin deorbitales moleculares de enlace y de antienlace! 'n los orbitales moleculares de enlace, hay unaumento en la densidad electrnica entre los n/cleos, la cual act/a como un JenrudoJ caradoneatiamente que mantiene unidas las caras positias de los n/cleos 9untas!

Hasta aqu& se ha utilizado la molcula de hidreno para mostrar la #ormacin de orbitalesmoleculares, pero el concepto es iualmente aplicable a otras molculas!

'n la molcula H- slo se consider la interaccin entre los orbitales *s. con molculas mscomple9as se necesita tambin considerar otros orbitales atmicos! 7o obstante, para todos losorbitales s el tratamiento es exactamente el mismo que para orbitales *s! 4s&, las interaccionesentre dos orbitales -s o


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producir un orbital molecular sima de enlace y un orbital molecular sima de antienlace, comolo muestra la siuiente #iura )a+! 3a otra alternatia es que los dos orbitales p se traslapenlateralmente para #ormar un orbital molecular pi de enlace y otro pi de antienlace, se/n #iura)b+!

un orbital molecular pi de enlace, 2p un orbital molecular pi de antienlace,*

2p#ormado a partir de orbitales -p #ormado a partir de orbitales -p

'n un orbital molecular pi )de enlace o de antienlace+, la densidad electrnica se concentra arribay aba9o de la l&nea de unin entre los dos n/cleos de los tomos que se enlazan! "os electrones enun orbital molecular pi #orman un enlace pi! 2n doble enlace casi siempre contiene un enlacesima y un enlace pi. un triple enlace es siempre un enlace sima ms dos enlaces pi!

Fiura( "os posibles interacciones entre dos orbitales p equialentes y los orbitales molecularescorrespondientes( a+ cuando dos orbitales p se traslapan extremo con extremo, se #orman unorbital molecular sima de enlace y una de antienlace! b+ Cuando los orbitales p se traslapan

lateralmente se #orma un orbital molecular pi de enlace y uno de antienlace! 7ormalmente, unorbital molecular sima es ms estable que un orbital molecular pi, dado que las interaccioneslado a lado conducen a traslapes menores de los orbitales p que los de las interacciones de losextremos! $e supone aqu& que los orbitales -px toman parte en la #ormacin del orbital molecularsima! 3os orbitales -pyy -pz pueden interactuar para #ormar /nicamente orbitales moleculares! 'l comportamiento mostrado en la parte b representa la interaccin entre orbitales -p y o -pz!TEORA DE BANDASAvila y C!"#$


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ENLACE COVALENTE C%is'al( S)villa$#(

'n este enlace, nin/n tomo pierde el control completo sobre sus electrones de alencia. es

decir, los electrones ocupan la rein del espacio comprendida entre dos n/cleos y se dice queson compartidos por ste! 2n tomo determinado tiende a combinarse con otros tomos de modoque el tipo y n/mero de tales tomos sea una consecuencia de la tendencia de los tomos arodearse cada uno de @ electrones, salo el caso del hidreno que tiende a rodearse de doselectrones!

'l caso ms t&pico es el de dos tomos del mismo elemento, dependiendo de su capa de alencia,podrn compartir ms de un par de electrones!

'3 M0"'30 "' 3'K8$>!7! 3eis, propuso que un tomo puede obtener la misma con#iuracin de un as noblesimplemente compartiendo los electrones de otro tomo! "e tal manera que por medio de estaoperacin se #orma un enlace qu&mico, al cual llamamos enlace coalente4s& por e9emplo la molcula de )H-+ es el e9emplo ms simple de un enlace coalente el cualpuede representarse por medio de su estructura de 3eis as&(

4l compartir un par de electrones cada hidreno tiene dos electrones en su capa de alencia, esdecir el orbital *s! 'n este sentido, tiene la con#iuracin de un as noble )He+"e la misma manera cuando dos tomos de Cl se unen coalentemente para #ormar la molculade Cl-, los electrones que se comparten son(

Cada cloro comparte un par de electrones, el cual #orma el enlace qu&mico y con ello obtiene lacon#iuracin del as noble 4rn! 'n las estructuras de 3eis los electrones compartidos sedibu9an como una l&nea y los electrones que no se comparten se de9an como puntos(

3os electrones compartidos estn entre los n/cleos! 'n el caso del H-, la densidadelectrnica se concentra entre los dos n/cleos as&(

4s& los dos n/cleos se quedan unidos en la molcula de H-debido a dos #actores, 3a repulsin internuclear ha disminuido debido a la concentracin de densidad electrnica

entre los dos n/cleos en primer luar y, 4dicionalmente, cada n/cleo de H atrae la nube electrnica entre ambos!

Para los no:metales y los metales representatios )bloque s+ el n/mero de electrones de alenciaes el mismo que el n/mero de la #amilia(


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'lemento >rupo'lectrones de

alencia'nlaces necesarios para

completar el octeto

F L4 L *

0 G4 G -

7 4 418V8"4" I '3 '734C' 26M8C0Ca%pi#( Pa")"# Alvi&)s y D)l A-!ilaP03458"4" M03'C2345

's posible predecir la polaridad de un enlace coalente a partir de la di#erencia deelectroneatiidad de los tomos unidos por el enlace! 7o obstante, una molcula que tieneenlaces polares puede ser polar o apolar! "ependiendo de la #orma tridimensional de la molcula)eometr&a+, las contribuciones de dos o ms enlaces polares podr&ancancelarse mutuamente, y en este caso se tratar&a de una molcula no

polar! 'n una molcula polar hay una acumulacin de densidadelectrnica hacia un extremo de la molcula, lo que con#iere a eseextremo una cara parcial neatia, N :, y de9a el otro extremo con unacara parcial positia de iual alor, N?! )Fiura *! 2na molcula polar!+4ntes de examinar los #actores que determinan si una molcula es polar o no, eamos cmo sepuede medir experimentalmente la polaridad de una molcula! 3a molculas polaresexperimentan una #uerza en un campo elctrico que tienden a alinearlas con el campo )#iura -+!Cuando el campo elctrico se produce entre dos placas de cara opuesta, el extremo positio de


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cada molcula es atra&do hacia la placa neatia y el extremo neatio es atra&do hacia la placapositia! 'l rado en que las molculas se alinean con el campo depende de su momento dipolar,O, que se de#ine como el producto de la manitud de las caras parciales )N: y N?+ por la distanciade separacin entre ellas! . / 0

3a unidad deriada del momento dipolar es el coulomb:metro. una unidad deriada ms cmodaes el debye )"+, de#inido como * " ;

"'F8785 34 278"4" "' "'I' 4 P45185 "' 34 C45>4 ; D,@*A:*A2'$

'n la tabla * se dan alunos alores experimentales representatios!

Fiura -! Molculas polares en un campo elctrico!

3as molculas no polares tienen un momento dipolar de cero. los momentos dipolares de lasmolculas polares siempre son mayores que cero y aumentan al aumentar la polaridad de lamolcula!

1434 *! Momentos dipolares de alunas molculas!M#l"!la )#+)&%3a M#+)$ ip#la% 4D5

H- 3ineal A

HF 3ineal *!L@

HCl 3ineal *!AL

Hr 3ineal A!LE

H8 3ineal A!


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CClD 1etradrica A

Para predecir si una molcula es polar o no, necesitamos considerar si la molcula tiene o noenlaces polares y las posiciones relatias de estos enlaces! Podemos correlacionar los tipos deeometr&a molecular con el momento dipolar aplicando una rela eneral a una molcula de tipo

4n)4 es el tomo central, es el tomo terminal y n es el n/mero de tomos terminales+!

2na molcula de este tipo no ser polar si satis#ace todas las condiciones siuientes(Molculas no polares! 1odos los tomos )o rupos+ terminales son iuales, y 1odos los tomos )o rupos+ terminales estn dispuestos simtricamente alrededor del tomo

central, 4, en la disposicin eomtrica que se da en la #iura


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3a situacin es di#erente en el aua, una molcula triatmicaanular! 4qu&, ambos enlaces 0QH son polares, y los tomos de Htienen la misma cara d?! 0bsere, empero, que los dipolos deenlace no estn dispuestos simtricamente. no apuntandirectamente el uno al otro o en la direccin opuesta, sino que se

suman para dar un momento dipolar de *!@ " )1abla *+! 4s& el aua es una molcula polar!

RESONANCIA Al)$)s( M)6a y Al"ala3a #ormulacin del alcance 4( )donde las electroneatiidades de cada uno de los tomos sondi#erentes+ da orien a una distribucin asimtrica de caras! 3a descripcin de la distribucin delas caras puede me9orar usando el concepto de 5'$0747C84 o estructuras resonantes! 3asestructuras resonantes corresponden a una serie de posibles #ormas di#erentes de describir elenlace o estructura electrnica de la molcula! Por e9emplo, las descripciones posibles de lasdi#erentes distribuciones de los electrones en el enlace HCl son(

H(C* )H+?)(Cl+: )H(+:)Cl+?

8 88 888$i analizamos cada una de las estructuras )8, 88, 888+, ninuna corresponde a la descripcin exactadel enlace, pues, el enlace no es puramente coalente, ni totalmente inico! Por eso nace la ideade resonancia, que consiste en combinar las tres estructuras, las cuales dan una descripcinbastante aproximada a la realidad cuando se superponen en la proporcin adecuada! 4s& lamolcula HC* se representa mediante el simbolismo( H:C* H?C*: H:C*?, donde cada unade estas estructuras se denomina estructura resonante!3a resonancia se representa mediante la doble #lecha )R+! Ms, al e#ectuar un estudio de las tresestructuras )C* SS HT, UCl )carcter inico+; *LU+ la ms representatia como h&drido deresonancia se eri#ica que es( ? :

H:C*

Fi! 5elacin enertica entre las estructuras de resonancia y el h&brido de resonancia en el HC*H?C*:

'structura inica

H:C*

'structura Coalente'ner&a de resonancia

?: H:C*

H&brido de resonancia"e la #iura se puede obserar lo siuiente(

a+ la ener&a calculada del h&brido de resonancia es ms ba9a que la que le corresponde acada una de las estructuras indiiduales de resonancia aislada!

b+ 3a disminucin de ener&a se obtiene mezclando la estructura de resonancia inica conla estructura de resonancia coalente!


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O S O O S O

'l uso de estructuras de resonancia no queda limitado a las molculas diatmicas sino seeneraliza para las molculas poliatmicas! 's as&, que manteniendo la teor&a de los pareslocalizados, un enlace puede representarse por un par de electrones! 4l representar lamolcula por una estructura de#inida, supondremos una descripcin razonable de los enlaces

o distribucin de cara!$in embaro, existen alunos casos en donde una sola estructura no es su#iciente para ladescripcin exacta del enlace, por e9emplo la molcula de $0


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O S O O S O

O S O

'n el caso de la estructura de 3eis del ozono )0

5. 7o completamos el octeto del tomo central. puerto que, apenaslleamos a G electrones! 4adimos un enlace m/ltiple )primero unodoble+ para er si ahora si se completa el octeto(

'n este caso, completamos el octeto del tomo central! Pareciera que el ozono tiene un enlacesencillo y uno doble! $in embaro, hay arios hechos que se conocen acerca de la estructura delozono! 3a lonitud de los enlaces entre el tomo central y los otros ox&enos, son idnticas(

'sperar&amos que si uno de los enlaces es doble y el otrosencillo, el primero #uese ms corto que el seundo! $inembaro, todos los tomos son idnticos!

4unque todos los tomos son idnticos, eleimos el de laderecha para que tuiese un enlace sencillo y no el otro(

Como podemos constatar ambas estructuras son equialentes excepto por el luar en que seencuentra el doble enlace

3as estructuras de 3eis equialentes, sellaman estructuras resonantes o #ormasresonantes


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"e esta manera, la #orma correcta de describir al ozono por medio de las estructuras de 3eis,ser(

'sto indica que el ozono se describe como un promedio de dos estructuras de 3eis )es decir sus#ormas resonantes+

3os puntos importantes que debemos recordar acerca de las #ormas resonantes son( 3a molcula no est oscilando entre dos #ormas di#erentes $olo hay una #orma de la molcula de ozono y las lonitudes de enlace entre los ox&enos son

intermedias entre un enlace sencillo y uno doble! "ibu9amos las estructuras de 3eis )dos en este caso+ porque una sola es insu#iciente para

describir la molcula correctamente!

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