Fuerzas qumicas

Las propiedades qumicas dependen en forma importante de las denominadas fuerzas qumicas (interacciones entre atomos e iones)Los aspectos de cada tipo de fuerza son su fuerza relativa, su dependencia de la distancia y si son direccionales o no lo son. Distancias internucleares y radios atmicosYa que la distancia de enlace es un parmetro muy importante para determinar la fuerza de un enlace es importane determinar el radio de los tomos en un enlace. Desafortunadamente se habla de muchos radios: covalente, ionico, metlico, enlazado, no enlazado y van der Waals. Esta gran cantidad de radios reflejan que es necesario simplificar por una nica medida de radio atmico, pero todo tratamiento generalizador conlleva muchos errores.

A continuacin se van analizar cada uno de estos radios Radio de van der WaalsSi dos tomos de gases nobles se fuerzan a estar juntos sin energa cintica que los separe, ellos van a permanecer unidos. Las fuerza que los sostienen son las dbiles fuerzas de London (dipolos instantneos)La distancia internuclear ser la que balancea ls fuerzas de atraccione con las fuerzas de repulsin entre las capas electrnicas. Cuando los dos atmos son idnticos, la mitad de la distancia entre los dos tomos se denomina radio de van der Waals o radio de no enlace. Por ejemplo en xenon slido consiste de tomos separados a una distancia de 436 pm por lo que el radio del xenon es 218 pm.

Para trabajar con gases a menudo conviene utilizar el radio de Lennar Jones, que es la mitad de la distancia del mayor acercamietno de dos molculas que no tienen ms energa cintica que la obenida de las fuerzas de atraccin entre ellas. En la siguiente figura se muestra la diferencia entre el radio de van der Waals y el de Lennar Jones. E eqE=0r LJr Eq

Radio covalente La distancia internuclear de la molcula de Fluor es 142 pm, que es un valor menor a la suma de dos radios de van del Waals La diferencia se debe a que la distancia entre los atmos se hace menor cuando es mayor la sobreposicin de los orbitales, dando como resultado la formacin de una molcula (distancia de enlace)Las interacciones entre las molculas son ms dbiles y las distancias mayores (de no enlace) DdvWRrcov = dc/2D d crvW=dvW/2

Los radios covalentes se calculan en molculas homonucleares (mismos atmicos) y cuando se utilizan para calcular molculas heteronucleares las distancias obtenidas son mayores a las experimentalesEsto se debe a la diferencia de electronegatividad que aporta un factor de enlace inico que disminuye la distancia

rAB = rA + rB 9 = diferencia de electronegatividad

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Metales

No metales

Perodo 2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Perodo 3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

Slido

Gas

Electronegatividades

Perodo 2

Li

Be

B

C

N

O

F

Perodo 3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Radio atmico

Este trmino tiene muchos significados pues se aplica a radios covalentes y a radios de van der Waals Sin embargo, Bragg y Slater dos investigadores observaron que no importando el tipo de enlace se pueden obtener buenas aproximaciones de las distancias entre nucleos utilizando los radios atmicos calculados por ellos, considerando que son las capas internas electrnicas quienes determinan finalmente el tamaoEstos radios son similares a los covalentes y 85 pm ms grandes que los de los cationes y 85 pm mas pequeos que los aniones

Tipos de enlace

Covalente Direccional y se basa en la superpisicin de los orbitales atmicos }La relacin de la energa con la distancia no permite escribir una funcin simple como en otros casos. Sin embargo, se puede plantear que la fuerza del enlace decrece rpidamente cuando la distancia aumenta (short-range force)Inico E= Z+Z-/4Eo rIn dipolo

Interacciones in- dipoloInteracciones dipolo p-dipolo p

++--+--+Interacciones ion-dipolo inducidoE = 1 Z2__ ____ 2 r4++-

Interacciones dipolo p-dipolo inducidoE = 2-___ r6Interacciones dipolos instntaneos E = 2 - ___ r6_E = 3I- ___ 4r6-++-+-+-

Radio covalente o metlico, Radio inico,

AUMENTA RADIO COVALENTEAUMENTA RADIO COVALENTEHLi1.23BeBCNOFNa1.57Al1.25Si1.170.890.810.770.700.660.64P1.10S1.04Cl0.99K2.03Rb2.16Cs2.35Ba1.98Ca1.74Sr1.91Ga1.25In1.50Tl1.55Pb1.54Sn1.40Ge1.22As1.21Sb1.40Bi1.50Po1.53Te1.37Se1.17Br1.14I1.33Xe1.30Mg1.360.37Radio metlico o covalente, en , de los elementos representativos Z

Efectos de las fuerza qumicas

Puntos de fusin y eblullicin

Fuerzas covalentes que se rompen = muy altos puntos de fusin y ebullicin (1000-4000oC)cDiamante sublima a 3700oSilice funde 1 710 y ebulle a 2200Cuando son polmeros y los enlaces que se rompen son los ms debiles los puntos de fusin bajan drsticamente a pocos cientos de grados

Si en compuestos covalentes se rompen fuerzas de London o van der Waals los puntos de fusin y ebuccin varan de muy bajos a bajos (-300 hasta 50oC)Fuerzas inicas depende de la Uo y el grado de polarizabilidad pero son relativamente altas (100-2000 oC)

KF = 880 oCKCl = 776 oCKBr = 730 oCAgF = 435 oCAgCl = 455 oCAgBr= 434 oC

Hoja1

MetalesNo metales

Perodo 2LiBeBCNOFNe

Perodo 3NaMgAlSiPSClAr

SlidoGas

Electronegatividades

Perodo 2LiBeBCNOF

11.522.533.54

Perodo 3NaMgAlSiPSCl

0.91.21.51.82.12.53

&A

Pgina &P

Hoja2

1 H2 He

3 Li4 Be5 B6 C7 N8 O9 F10 Ne

11 Na12 Mg13 Al14 Si15 P16 S17 Cl18 Ar

3 K20 Ca31 Ga32 Ge33 As34 Se35 Br36 Kr

37 Rb38 Sr49 In50 Sn51 Sb52 Te53 I56 Xe

55 Cs56 Ba81 Tl82 Pb83 Bi84 Po85 At36 Rn

87 Fr88 Ra

&A

Pgina &P

Hoja3

21 Sc22 Ti23 V24 Cr25 Mn26 Fe27 Co28 Ni29 Cu30 Zn

39 Y40 Zr41 Nb42 Mo43 Tc44 Ru45 Rh46 Pd47 Ag48 Cd

71 Lu72 Hf73 Ta74 W75 Re76 Os77 Ir78 Pt79 Au80 Hg

103 Lr104105106

&A

Pgina &P

Hoja4

57 La58 Ce59 Pr60 Nd61 Pm62 Sm63 Eu64 Gd65 Tb66 Dy67 Ho68 Er69 Tm70 Yb

89 Ac90 La91 Pa92 U93 Np94 Pu95 Am96 Cm97 Bk98 Cf99 Es100 Fm101 Md102 No

&A

Pgina &P

Hoja5

ElementoAfinidad Electronica

172.9

2

359.8

4

523

6122

710

8141

9322

10

1152.9

12

G = H T SPara H = 0 G =T S S = R (nA ln A + nB ln B) donde A , B sonlas fracciones molares del soluto y del solvente. Disoluciones ideales en que la energa de los enlaces rotos y formados son aproximadamente igualesSOLUBILIDAD

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Metales

No metales

Perodo 2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Perodo 3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

Slido

Gas

Electronegatividades

Perodo 2

Li

Be

B

C

N

O

F

Perodo 3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

SOLUBILIDADEn los compuestos inicos hay que considerar varios factoresLa energa de los enlaces rotos igual a la energa de latice con signo positivoLa energa de los enlaces que se forman de hidratacin entre el agua y los iones

La suma nos da la entalpa de disolucin la cual sumada con el aumento de entropa por la temperatura debe dar un valor negativo

M+(g) + X-(g) M (H2O)+x + X (H2O)-y M+ X-(s) + H2O -U0SD Hsolvatacin catin + anin

1

2

H solubilidad = Hsoluto-solvente Hsoluto-soluto Hsolvente solvente

H solubilidad= 0 se disuelve H solubilidad 0 tambin se disuelve

H solubilidad> 0 y mayor que T S no se disuelve Se puede calentar hasta 100 grados no ms a presin ambiental

Al3+3+Solucincida3-Al3+H2+Al3+H1+Al3+H0Solucinneutra(insoluble)Al3+H1-SolucinbsicaAl3+H2-Al3+HHidrgenoOxgenoAl(OH)63 -Al(H2O)(OH)5 2 -Al(H2O)2 (OH)4 1 -Al(H2O)3 (OH)3Al(H2O)4 (OH)2 1+Al(H2O)5 (OH)2+Al(H2O)6 3+

HF+HHOFLiHHHHC+++-NH3, 27% inicoMolculaDistribucin dela cargaMomentodipolar0.0 D1.85 D1.82 D6.33 D

HONa+Na+Na+Na+Na+HOHOHOHONa+Na+HOHHH+ionhidrxido2 -

Temperatura C4000200030001000LiBeBCO NFNeClArSiAlMgNaPSKCaGaGeSeBrKrAsTeSbSnIn SrRbXeIPbBiPoAtRnTlBaCsPUNTOS DE FUSION DE LOSELEMENTOS REPRESENTATIVOS

IrrEmpaquecerrado(12)*Empaquecaracentrada(8)CbicoSimple(6)EmpaqueIrregular

IcosahedroBoro(5+)Diamante(4)EstructuradeHojas (3)CadenasHelicoidales(2)MolculasTetradricas(3)Anillos(2)MolculasMonoatmicasMolculasDiatmicasMolculasDiatmicas(1)* Numero de vecinos ms cercanos EMPAQUETAMIENTODE ATOMOSMETALICOSENLACES COVALENTESDE SOLIDOSSOLIDOSMOLECULARESGASES

ELECTRONEGATIVIDADENLACE COVALENTEHCH 2.1C2.5ELECTRONEGATIVIDADENLACE COVALENTEHFH2.1F4.0ELECTRONEGATIVIDADENLACE COVALENTELi +FLi2.1F4.0

EstadosdeOxidacinNmero de FamiliaElemento (Fila 4 )No. de e- s y d +1+2+3+4+5+6+7ESTADOS DE OXIDACION DE LOS METALES DE TRANSICION DE LA FILA 4IIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBScTiVCrMnFeCoNiCuZn3456789101112

Cloro atrae el electrn del hidrgeno y obtiene un nmerode oxidacin de -1.El cloro comparte electrones con otra molcula de cloro; nmero de oxidacin 0. Cloro "pierde" un electrn para el oxgeno; nmero deoxidacin es ahora +1.El cloro "pierde" 3 electrones;nmero de oxidacin es ahora +3.Cloro "pierde" 5 electrones;nmero de oxidacin es +5.Cuando el cloro "pierde" todos suselectrones (7); su nmero de oxidacin es +7.HClCl2HClOHClO2HClO4HClO3ClH Estados de oxidacion para el cloro

OO10789NitrgenoOxgenoFlorNenGases molecularesGas monoatmicoBCNmero atmico3456LitioBerilioBoroCarbonoSlidos metlicosSlidos covalentes

HF+HHOFLiHHHHC+++-NH3, 27% inicoMolculaDistribucin dela cargaMomentodipolar0.0 D1.85 D1.82 D6.33 D

HONa+Na+Na+Na+Na+HOHOHOHONa+Na+HOHHH+ionhidrxido2 -