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ENLACE

QUMICO

Hay un enlace qumico entre dos tomoso grupos de tomos cuando las fuerzasque se establecen entre ellos permiten laformacin de un agregado con lasuficiente estabilidad para que pueda serconsiderado una especie independiente.

Definicin IUPAC

Tipos de enlace

Enlaces

Fuertes (interatmicos ointramoleculares)

Dbiles (intermoleculares)

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Enlaces fuertes

Enlace inico: fuerzas electrostticas entre iones concargas opuestas resultantes de la transferencia neta deuno o ms electrones de un tomo o grupo de tomos aotro.

Enlace covalente: resulta de la comparticin de uno oms pares de electrones entre dos tomos.

Enlace metlico: cada tomo de un metal se encuentraunido a varios tomos vecinos. Los electrones de enlacese encuentran relativamente libres para moverse a travsde la estructura tridimensional del cristal.

PropiedadesCompuestos inicos:

Slidos con altos puntos de fusin (> 400 C). Formanredes cristalinas. Son duros (resistentes al rayado). Elevadas temperaturas de ebullicin. Muchos son solubles en disolventes polares como elagua. Casi todos son insolubles en disolventes no polares,como hexano, C6H14, y tetracloruro de carbono, CCl4. Fundidos y en disolucin acuosa son buenosconductores de la electricidad porque tienen partculascargadas (iones) mviles. Se forman entre dos elementos con electronegatividadmuy diferente, de ordinario, un metal y un no metal.

PropiedadesCompuestos covalentes:

Son gases, lquidos o slidos de bajo punto de fusin(< 300 C). Bajas temperaturas de ebullicin. Muchos son insolubles en disolventes polares como elagua. Casi todos son solubles en disolventes no polares, comohexano, C6H14, y tetracloruro de carbono, CCl4. Fundidos no conducen la electricidad. Las disoluciones acuosas suelen ser malas conductorasde la electricidad porque no poseen partculas cargadas. Se forman entre dos elementos con electronegatividadsemejante, de ordinario, no metales.

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PropiedadesCompuestos metlicos:

Temperaturas de fusin y ebullicin muy elevadas. Sonslidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio quees lquido). Buenos conductores de la electricidad y del calor. Son dctiles (facilidad de formar hilos) y maleables(facilidad de formar lminas) al aplicar presin. Son en general duros (resistentes al rayado). La mayora se oxida con facilidad.

Enlace metlico: modelo del marelectrnico

El enlace metlico resulta de la atraccin elctrica entre losiones metlicos con carga positiva y los electronesdeslocalizados mviles que pertenecen al cristal como un todo.

Smbolos de electrn-punto de Lewis

Elementosrepresentativos Gases nobles

Representacin grfica de los electrones devalencia en un tomo.

X

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. +..Cl.. ...Na .

..Cl.. ...Na

-+

ENLACE INICO2 Na(s) + Cl2(g) 2 NaCl(s)

Na Ne] 3s1 Na+ Ne] prdida de 1 e-

Cl Ne] 3s2 3p5 ClNe] 3s2 3p6 ganancia de 1 e-

Na Na+ + 1 e (oxidacin)

Cl + 1 e Cl (reduccin)

ENLACE INICO

Estructura cristalina del NaCl expandida para mayor claridad.Cada Cl- se encuentra rodeado por 6 iones sodio y cada in sodioest rodeado por 6 iones cloruros. El cristal incluye millones deiones en el patrn que se muestra.

ENLACE INICO4 Li(s) + O2(g) 2 Li2O(s)

Li Li+ prdida de 1 e-

Li Li+ prdida de 1 e-

O O2- ganancia de 2 e-

2 Li Li+ + 1 e ]

O + 2 e O 2

1s

1s

2s

1s

2s

2s 2p

1s

1s

2s

2s

1s 2s 2p

2Li + :O: 2Li+ :O:] 2

..

..

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ENLACE INICO2 Ca(s) + O2(g) 2 CaO(s)

Ca Ar] Ca+2 Ar] prdida de 2 e-

O He] O2- He]

ganancia de 2 e-

Ca Ca+2 + 2 e ]

O + 2 e O 2

4s

2s 2p

4s

2s 2p

Ca : + :O: Ca+2 :O:] 2

..

..

Estos compuestos son enormes agregadosde cationes y aniones que tienen unadisposicin espacial determinada.Una medida de la estabilidad de un slido inico es suenerga reticular, o energa de red cristalina del slido,que se define como la energa liberada cuando seforma un mol de un compuesto inico slido a partirde sus iones en estado gaseoso.Na+ (g) + Cl- (g) NaCl (s) Hred = - 789kJ/molLos valores de las energas de red dependen de lascargas y del tamao de los iones implicados.El proceso inverso, la separacin de un compuesto inicoslido en sus iones gaseosos es un proceso endotrmico.

ENLACE INICO

Solubilidad deiones en

disolventespolares

Fragilidad

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ENLACE COVALENTESe forma un enlace covalente cuando dos tomos

comparten uno o ms pares de electrones.Ejemplo: la molcula de H2

HHHH

HHEl par de electrones compartidos proporciona a cada tomode H dos electrones adquiriendo la configuracinelectrnica externa del gas noble helio.

En el enlace covalente cada electrn del par compartido esatrado por los ncleos de ambos tomos. Esta atraccinmantiene unidos a los dos tomos en la molcula deH2.

Enlace covalenteRepresentacin de la formacin de un enlace covalente entredos tomos de hidrgeno

-435 kJ/mol

Demasiado cercanos;dominan las fuerzasde repulsin

Fuerzas de atraccin yrepulsin iguales; distribucinms estable (enlace)

Demasiado separados;fuerza de atraccin dbil;no se forma enlace

FFFF

Slo participan los electrones de valencia en laformacin de enlaces covalentes.Los pares de electrones de valencia que no participandel enlace, o electrones no compartidos (o noenlazantes), se denominan pares libres o paressolitarios.

FF

Pares libres

H-O-HHOH

o

Ejemplo: molcula de H2O

Ejemplo: molcula de F2

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Clasificacin del EnlaceCovalente

Segn nmero de electrones que participen enel enlace:

ENLACE SIMPLE: 2 electrones en total X X

ENLACE DOBLE: 4 electrones en total X X

ENLACE TRIPLE: 6 electrones en total X X

H H O O N N

Escritura de frmulas de Lewis:REGLA DEL OCTETO:

Un tomo tiende a formar enlaces ganando, perdiendo ocompartiendo electrones, hasta quedar rodeado porocho electrones de valencia.

La regla del octeto funciona principalmente para loselementos del segundo periodo de la tabla peridica. Estoselementos tienen subniveles 2s y 2p que pueden contenerun total de ocho electrones.

Cmo se dibujan las estructuras de Lewis?1- Se suman los e- de valencia de los tomos presentes en lamolcula. Para un anin poliatmico se le aade un e- ms porcada carga negativa y para un catin se restan tantos electronescomo cargas positivas.2- Se dibuja una estructura esquemtica con los smbolosatmicos unidos mediante enlaces sencillos.3- Se calcula el n de e- de valencia que quedan disponibles.4- Se distribuyen los e- de forma que se complete un octetopara cada tomo.

Ejemplo: CH4

C: 1s22s2p2 4e-8e-

1)

2)

C

H

H

HHH: 1s1 1e- x4= 4e-

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Ejemplo: SiO4-4

Si: 3s2p2 4e-O: 2s22p46e-x4 =24+ 4 cargas neg.

32 e-

2)

1)

3) e- de v. libres: 32-8= 24

4)

Si

O

O

OO

4-

Si

O

O

OO

4-

Ejemplo : SO2

S: 3s2p4 6e-O: 2s22p4 6e-x2 =12 18 e-

2)

1)

3) e- de v. libres: 18-4= 14

4)

SO O

SO O

SO O

Excepciones a la regla del OctetoHay tres clases de excepciones a la regla del Octeto:

a) Molculas con n de e- impar.N ONO (5+6=11 e- de valencia)

Otros ejemplos: ClO2, NO2b) Molculas en las cuales un tomo tiene menos de un octeto.

BF3 (3+7x3= 24 e- de valencia).

BF

FF

Ej: Compuestos de los grupos 1, 2 y 13.

c) Molculas en las cuales un tomo tiene ms de un octeto.La clase ms amplia de molculas que violan la regla consiste en especies enlas que el tomo central est rodeado por ms de 4 pares de e-, tienenoctetes expandidos.

PCl5 XeF4

n de e- de v 5+7x5= 40 e-

P

Cl

Cl

ClCl

Cl

n de e- de v 8+7x4= 36 e-

XeF

F F

F

Otros ejemplos: ClF3, SF4, XeF2

Todos estos tomos tienen orbitales d disponibles para el enlace(3d, 4d, 5d), donde se alojan los pares de e- extras.

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Clasificacin de los Enlaces Covalentes

Enlace covalente no polarEnlace covalente polar

Enlace covalente no polarCuando dos tomos iguales comparten un

par de electrones, se dice que hay unadistribucin simtrica de la nubeelectrnica, el par electrnico es atradoigualmente por ambos ncleos, porejemplo: H2 y F2.

Enlace Covalente Polar

Cuando los tomos que forman unamolcula son heteronucleares y presentandiferencia de electronegatividad entoncesforman enlaces covalentes polares.Ejemplo el HCl, el H2OEN H = 2,1 EN Cl =2,9

+ -

HCl: o HCl:

Las letras griegas + y - simbolizan las cargas negativas y positivasparciales creadas

Momento dipolarCausado por una distribucin de densidadelectrnica no uniforme en la molcula.

=0 >0

. .

= dAB

En el enlace:

A B: donde ENA< ENB

El momento dipolar de enlace es un vector!!+ -

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+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

DIPOLOS EN UN CAMPO ELCTRICO

Dipolos despus deaplicar el voltaje atravs de placas

Dipolos antes deaplicar el voltaje atravs de placas

Relacin de la diferencia deelectronegatividad con el tipo de enlace

Dismi-nuyecarc-cova-lente

ENLACE COVALENTECOORDINADO(dativo)

Un enlace covalente coordinado es unenlace formado cuando ambos electrones delenlace son donados por uno de los tomos. Consiste en la comparticin de un par deelectrones, proveniente del mismo tomo.Ejemplo:

H O S O H....

..

..

:O:

..

..

:O:

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RESONANCIAEn ciertas ocasiones la estructura de Lewis no describe

correctamente las propiedades de la molcula que representa.

Ejemplo: Experimentalmente el ozono tiene dos enlaces idnticosmientras que en la estructura de Lewis aparecen uno doble (+ corto)y uno sencillo (+ largo).

O

OO

O

OO

O

OO

Explicacin: Suponer que los enlaces son promedios de lasposibles situaciones

Estructuras resonantes del ozono- Una molcula o ion poliatmico para los cuales pueden dibujarsedos o ms frmulas de Lewis con la misma distribucin atmicapara describir sus enlaces, se dice que exhibe resonancia.-La estructura verdadera puede describirse como el promedio, ohbrido de las dos.

or

Ejemplos comunes: O3, NO3-, SO42-, NO2, y benceno.

Propiedades de los enlaces(determinadas experimentalmente)

Longitud de enlace: distancia inter nuclear Geometra de enlace: organizacin

tridimensional de los tomos en lasmolculas

Energa de enlace: energa que serequiere para disociar 1 mol de enlaces deuna sustancia covalente en su estadogaseoso en tomos en estado gaseoso

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Geometras de enlaceN de

pares de e-Geometra ngulo de

enlaceMolcula

2 (AX2) Lineal 180o

3 (AX3) TrigonalPlanar

120o

4 (AX4) Tetradrica 109.5o

5 (AX5) BipiramidalTrigonal

90o / 120o

6 (AX6) Octadrica 90o

Energa de enlace

H2 (g) 2 H (g) H = 435 kJ/mol

Energa de disociacin de enlace

H2O(g) H(g) + OH(g) H = 502 kJ

OH(g) H(g) + O(g) H = 427 kJ

H2O(g) 2H(g) + O(g) Hd = 929 kJ

Energa de enlace O H promedio en H2O = Hd/2= 464,5 kJ/mol de enlaces

Enlaces fuertes: responsables de la estabilidadde molculas individuales

H=929 KJ /mol

Enlaces dbiles: responsables de las propiedadesmacroscpicas de la materia (puntos de fusin y deebullicin, solubilidad, densidad, viscosidad, etc)

H2O (l) H2O (g)H = 40,7 KJ /mol

H-O-H (g) 2 H (g) + O (g).... .

..

... .

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Enlaces dbiles (intermoleculares)

Dipolo-dipolo Puente de hidrgeno Dipolo inducido-dipolo inducido Dipolo-dipolo inducido Ion-dipolo Ion-dipolo inducido

INTERACCIONES DEL TIPO DIPOLO - DIPOLO

Las molculas covalentes polares presentan interacciones detipo permanente dipolo - dipolo, debido a la atraccin de lacarga positiva: + del tomo de una molcula con respecto ala carga - del tomo de la otra molcula.Las fuerzas dipolo - dipolo , slo son efectivas a distanciasmuy cortas.

+ - + -

+

+-

-Configuracin cabeza-cola

Configuracin antiparalela

EL ENLACE DE HIDROGENO

En varios compuestos , el hidrgeno seencuentra entre dos tomos, formando entreellos un puente o enlace, llamado PUENTE DEHIDROGENO.Los puentes de hidrgeno son comunescuando ste se enlaza con tomos de altaelectronegatividad, flor, oxgeno y nitrgeno.

F - . . . . H + F -

H + F - . . . . H +

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El enlace de hidrgeno

hielo agua

EL ENLACE DE HIDROGENO

FUERZAS DIPOLO INDUCIDO-DIPOLO INDUCIDO

Son fuerzas dbiles de las molculas queforman dipolos inducidos momentneos.Como la nube electrnica es mvil, por fracciones desegundo se distorsionan y dan lugar a pequeos dipolosque son atrados o repelidos por los pequeos dipolos delas molculas vecinas. En los gases nobles, estas fuerzas son las responsablesde su licuefaccin.Interaccin direccional, muy dbil y opera adistancias muy cortas.

- +- +- +

- +

- +- +- +

- +

- +- +- +

- +

Dipolo instantneo Dipolo inducido

INTERACCIN ION-DIPOLO INDUCIDO

Z+ Z+ Z+

polarizacin

- +- +- +

- +- +

Es una deformacin temporal de la nube electrnica. Dependede la polarizabilidad de las molculas.POLARIZABILIDAD: Susceptibilidad de las nubes electrnicasde ser distorsionadas por la accin de un in o un dipolo.Al acercarse un ion o un dipolo a una molcula no polar generasobre sta una distorsin de la nube de e-, originando un dipolotransitorio.

INTERACCIN DIPOLO- DIPOLO INDUCIDO

- + - +

- +- +- +

- +

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Interaccin ion-dipoloInteracciones electrostticas entre un ion y una molculapolar. Aparecen cuando se disuelven compuestos inicos

(NaCl) en H2O( grande). Explican la Hidratacin.

Intensidad de las interacciones entreiones y entre molculas

Tipo de interaccin Energa tpica (kJ/mol)

Ion-ion 250

Ion-dipolo 15

Dipolo-dipolo 4

Puentes de hidrgeno 20

Dipolo-dipolo inducido 2

Dipolo inducido-dipoloinducido

2

Teoras del enlace covalente

Teora de Lewis

Teora de la repulsin de los pares electrnicos de lacapa de valencia (TRPECV)

Teora del enlace de valencia (TEV)

Teora del Orbital Molecular (TOM)

De acuerdo con observaciones experimentales

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Condiciones para se produzca un enlace,

Los choques deben tener:

- Energa mnima para que el choque seaefectivo.

- Orientacin (direccin)

TEORA DE LEWIS

1. Los electrones, especialmente los devalencia, son los responsables de laformacin de enlaces entre los tomos.

2. Los electrones de valencia se puedentransferir de un tomo a otro (enlace inico)o compartir (enlace covalente).

3. Los electrones se transfieren o comparten deforma que los tomos adquieren unaconfiguracin electrnica especialmenteestable.

TRPECVTeora de la repulsin de los pares electrnicos de

la capa de valencia Esta teora es de gran utilidad para predecir lageometra de molculas y iones.

Los pares de electrones se encuentran ordenados en tornoal elemento central del compuesto de tal manera que existeuna separacin mxima (y por tanto repulsin mnima) entreellos.

Estructurade Lewis Geometra molecular

piramidalGeometra electrnica

tetradrica

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Teora del enlace de valencia

Con hibridacin Sin hibridacin

Los electrones de una molcula ocupan orbitalesatmicos de los tomos individuales.

Los tomos, al unirse aparean sus electrones ytraslapan (solapan) sus orbitales. Los electrones de laregin de solapamiento, con espines opuestos, sonatrados simultneamente por ambos ncleos, lo quemantiene unidos a los tomos y forma un enlacecovalente.Es una teora atractiva desde el punto de vista ddescriptivo y permite una buena visualizacin.

Regin desolapamiento

Regin desolapamiento

Solapamientode orbitalespara formarenlacescovalentes

Sin hibridacin

Hibridacin: Mezcla de 2 o ms orbitales atmicos paraformar nuevos orbitales hbridos

1. Al mezclar al menos 2 orbitales diferentes se forman losorbitales hbridos, los cuales tienen una forma distinta a losoriginales.

2. El nmero de orbitales hbridos es igual al nmero deorbtales puros usados en la hibridacin.

3. Los enlaces covalentes estn formados por:

a. La superposicin de orbitales hbridos con orbitalesatmicos puros.

b. La superposicin de orbitales hbridos con orbitaleshbridos.

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Geometra electrnica lineal: especies AB2(sin pares de electrones no compartidos en A)A. Hechos experimentales y frmulas de Lewis

Compuestos covalentes, lineales (ngulo de enlace 180 ),no polares. Ej: BeX2 y CdX2, donde X (Cl, Br, I).

B. TRPECVEl berilio, tomo central, posee dos pares de electronescompartidos. Lo ms lejos que pueden disponerse en elespacio es en forma lineal, o sea formando un ngulo de180.

:Cl : Be : Cl: o :Cl Be Cl:.. ..

...... .... ..

C. TEV Teora del Enlace Valencia

Cl Be ClEN = 3,0 1,5 3,0

EN = 1,5 1,5

:Cl Be Cl:.. .... ..

dipolo neto = 0

Be He2s

2ppromocin Be He

2s

2p

hibridacin

Be Hesp

2p

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Geometra electrnica plana trigonal: especiesAB3 (sin pares de electrones no compartidosen A)A. Hechos experimentales y frmulas de Lewis

Molculas planas trigonales no polares (ngulo de enlace120). Ej: BX3, donde X (F,Cl, Br, I).

B. TRPECVEl berilio, tomo central, tiene tres tomos unidos, sin paresno compartidos en B. La TRPECV predice la geometraplanar triangular, porque su estructura da la separacinmxima entre los tres grupos electrnicos.

..

.... B

:F:

F F.. ....

..

B FEN = 2,0 4,0

EN = 2,0

B

F

F F

Dipolo molecularneto =0

C. TEV

B He2s

2ppromocin B He

2s

2p

hibridacin

B Hesp2

2p

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Geometra electrnica tetradrica: especiesAB4 (sin pares de electrones no compartidosen A)A. Hechos experimentales y frmulas de Lewis

Molculas tetradricas no polares (ngulo de enlace109,5). Ej: CH4, CF4,CCl4,SiH4,SiF4 .

B. TRPECVLa mxima separacin de los cuatro pares de electronesalrededor del tomo central est dada por geometratetradrica.

C

H

H

HH

C

H

HH

H

dipolo molecularneto = 0

C HEN = 2,5 2,1

EN = 0,4

C

F

HH

H

dipolo molecularneto > 0

C

F

FH

Hdipolo molecular

neto > 0

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C He2s

2ppromocin C He

2s

2p

hibridacin

C Hesp3

C. TEV

Metano

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Geometra electrnica tetradrica: especiesAB3U (un par de electrones no compartidosen A)A. Hechos experimentales y frmulas de Lewis

Molculas polares piramidales trigonales con un par deelectrones no compartido en el tomo de nitrgeno. Ej: NH3,NF3.

B. TRPECVLos cuatro grupos electrnicos alrededor del tomo centralestn dirigidos hacia los vrtices de un tetraedro(separacin mxima).

NH

H

H..

N HEN = 3,0 2,1

EN = 0,9

Geometra electrnica: tetradrica.Geometra molecular: piramidal trigonal

ngulo H-N-H = 107,3

NHH H

.. dipolo molecular

neto > 0

tomo de N aislado tomo de N hibridizado

tomo de O aislado tomo de O hibridizado

Parsolitario

Electronesenlazantes

Paressolitarios

Electronesenlazantes

C. TEV

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Geometra electrnica tetradrica: especiesAB2U2 (dos pares de electrones nocompartidos en A)

A. Hechos experimentales y frmulas de LewisMolculas polares angulares con dos pares de electronesno compartidos en el tomo central. Ej: H2O, SH2.

B. TRPECVLos cuatro grupos electrnicos alrededor del tomo centralestn dirigidos hacia los vrtices de un tetraedro(separacin mxima).

H O:

H

..

tomo de N aislado tomo de N hibridizado

tomo de O aislado tomo de O hibridizado

Parsolitario

Electronesenlazantes

Paressolitarios

Electronesenlazantes

Geometra electrnica: tetradrica.Geometra molecular: angularngulo de enlace = 104,5Momento dipolar = 1,85 D

O HEN = 3,5 2,1

EN = 1,4

C. TEV

H O:

H

..

dipolo molecular:incluye el efecto de dospares de electrones no

compartidos

Otras hibridaciones posibles para elcarbono

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