1. UNIVERSIDAD ANTONIO GUILLERMO URRELO FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA INDUSTRIAL CURSO: QUIMICA INDUSTRIAL CLASE 01: -ENLACE QUIMICO -NOMENCLATURA -GASES -LABORATORIO DOCENTE: MBA. Ing. Victor Luna Botello 2. EVALUACION DE ENTRADA A QUE SE LLAMA ENLACE QUIMICO QUE NOMENCLATURA TIENE LAS SUSTANCIAS QUE LEYES GOBIERNAN LOS GASES CONOCE EL LABORATORIO? 3. Enlaces y Molculas 1 Cuando los tomos entran en interaccin mutua, de modo que se completan sus niveles energticos exteriores, se forman partculas nuevas ms grandes. 2 Estas partculas constituidas por dos o ms tomos se conocen como molculas y las fuerzas que las mantienen unidas se conocen como enlaces. 4. Tipos de Enlace Hay dos tipos principales de enlaces: inico y covalente. Los enlaces inicos se forman por la atraccin mutua de partculas de carga elctrica opuesta; esas partculas, formadas cuando un electrn salta de un tomo a otro, se conocen como iones Para muchos tomos, la manera ms simple de completar el nivel energtico exterior consiste en ganar o bien perder uno o dos electrones. 5. Formacin de un Cristal 6. Covalente comparte e- Covalente polar transferencia parcial de e- Inico transferencia e- Aumento en la diferencia de electronegatividad 0 0.5 < 1.7 > Inico Cov. No-polar Cov. polar Clasificacin de enlaces 7 7. Enlace Inico Enlace Inico Un enlace inico es la fuerza de la atraccin electrosttica entre iones de carga opuesta. Iones libres Estos enlaces pueden ser bastante fuertes pero muchas sustancias inicas se separan fcilmente en agua, produciendo iones libres. 8. Iones Los metales pierden sus electrones de valencia para formar cationes: Esta perdida de electrones se llama oxidacin. Na . Na+ + e- sodio Mg: Mg2+ + 2 e- magnesio : Al . Al 3+ + 3 e- aluminio 9. Formacin de Aniones Los no metales ganan electrones y adquieren la configuracin de gas noble: Este proceso se llama reduccin. : Cl . + e- : Cl : - : O : + 2e- : O : 2- oxido :N . + 3e- : N : 3- nitruro .... : : :: 10. Importancia de los iones Muchos iones constituyen un porcentaje nfimo del peso vivo, pero desempean papeles centrales. El ion potasio (K+) es el principal ion con carga positiva en la mayora de los organismos, y en su presencia puede ocurrir la mayora de los procesos biolgicos esenciales. Cl (anin) K+ (catin) 11. Enlace Covalente Los enlaces covalentes estn formados por pares de electrones compartidos. Un tomo puede completar su nivel de energa exterior compartiendo electrones con otro tomo. En los enlaces covalentes, el par de electrones compartidos forma un orbital nuevo (llamado orbital molecular) que envuelve a los ncleos de ambos tomos. 12. Regla del octeto Esta regla es muy til en casos que involucran tomos como C, N, O, y F. F: F: : .. .. .. .. Al formar compuestos, los tomos ganan, pierden, o comparten electrones para producir una configuracin electrnica estable caracterizada por 8 electrones de valencia. 13. ESCALA DE ELECTRONEGATIVIDAD 1.0 Na 0.9 Li Be B C N O F 1.5 Mg 1.2 2.0 Al 1.5 2.5 Si 1.8 3.0 P 2.1 3.5 S 2.5 4.0 Cl 3.0 La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en la tabla peridica. La electronegatividad disminuye al bajar en un grupo. 14. Entre ms grande sea la diferencia de Electronegatividad entre dos tomos enlazados; ms polar es el enlace. Enlaces no-polares conectan dos tomos de la misma electronegatividad HH :N N:F: .. ..F: .. .. 15. Entre ms grande la diferencia en electronegatividad entre dos tomos; ms polar es el enlace. Los enlaces polares conectan tomos de diferente electronegatividad :O C d+d-F: .. ..H d+ d- O .. ..H d+ d- H d+ O: .. .. d- 16. NaCl Na Cl - + : : Determinacin del % de Carcter inico Electronegatividad Cl 3.0 Electronegatividad Na 0.9 Diferencia 2.1 % de carcter inico Segn la tabla peridica 67% Porcentaje de carcter inico 17. Enlace covalente dativo 18. N H H HN H H H x x x Amonaco 19. C OOC OO x x x x Enlace covalente doble Dixido de Carbono 20. N NN Nx x x x x Enlace covalente triple Nitrgeno 21. COH OH O COH OH O x x x x x x x x x x x x x x x x cido Carbnico 22. CO - O - O COH O - O COH O - O Na +x CO - O - O x Na + Na +x Bicarbonato y Carbonato 23. S O - O - OH OH +2 S O - O - OH OH +2 x x x x x x x x x x x x x x cido Sulfrico 24. Excepciones a Regla del Octeto Text nmero par de e- Molcula con menos de 8e- molcula con ms de 8e- Regla del Octeto Excepciones a la 25. Teora de Lewis Se basa en las siguientes hiptesis: Los tomos para conseguir 8 e en su ltima capa comparten tantos electrones como le falten para completar su capa (regla del octete). Cada pareja de e compartidos forma un enlace. Se pueden formar enlaces sencillos, dobles y triples con el mismo tomo. 26. Ejemplo: Escribir las estructuras de Lewis completas para las siguientes especies qumicas: CH4, HCN, H2CO, H2SO4, NH4 +. H H | CH4 C + 4 H H C H ; HCH | H H HCN HCN : H2CO HC=O : | H : O : : O : H2SO4 H O S O H ; HOSOH : O : : O : H | NH4 + HN+H | H : O : || HOSOH || : O : 27. Excepciones a la teora de Lewis Molculas tipo NO y NO2 que tienen un nmero impar de electrones. Molculas tipo BeCl2 o BF3 con marcado carcter covalente en las cuales el tomo de Be o de B no llegan a tener 8 electrones. Molculas tipo PCl5 o SF6 en las que el tomo central tiene 5 o 6 enlaces (10 o 12 e ). Slo en caso de que el no-metal no est en el segundo periodo, pues a partir del tercero existen orbitales d y puede haber ms de cuatro enlaces. 28. Resonancia No siempre existe una nica estructura de Lewis que pueda explicarlas propiedades de una molcula o ion. Por ejemplo, en el ion carbonato CO3 2 el C debera formar un doble enlace con uno de los O y sendos enlaces sencillos con los dos O . Esto conllevara a que las distancias CO y C=O deberan ser distintas y ngulos de enlace distintos. Por difraccin de rayos X se sabe que tanto distancias como los ngulos OCO son iguales. 29. Resonancia Los tres enlaces CO tienen 1/3 de doble enlace, por lo que la distancia es intermedia. Los tres tomos de oxgeno participan de 2/3 de carga negativa. Se utiliza el smbolo entre las distintas formas resonantes. 30. Modelo de repulsin de pares electrnicos y geometra molecular Los enlaces covalentes tienen una direccin determinada y las distancias de enlace y los ngulos entre los mismos pueden medirse aplicando tcnicas de difraccin de rayos X. La geometra viene dada por la repulsin de los pares de e del tomo central. Las parejas de e se sitan lo ms alejadas posibles. 31. Grupo ANAYA S.A. Qumica 2 Bachillerato Enlace covalente simple. Se produce un nico solapamiento de orbitales atmicos. Es frontal y se llama (sigma). Puede ser: a) Entre dos orbitales s b) Entre un orbital s y uno p c) Entre dos orbitales p. 32. Enlace covalente mltiple. Se producen dos o tres solapamientos de orbitales atmicos entre dos tomos. Siempre hay un enlace frontal (slo 1). Si en enlace es doble, el segundo solapamiento es lateral (pi). Si el enlace es triple, existe un solapa- miento y dos . Grupo ANAYA S.A. Qumica 2 Bachillerato 33. Hibridacin de orbitales atmicos. Para explicar la geometra de la molculas (ngulos y distancia) y la covalencia de ciertos tomos se formul la teora de la hibridacin. As, por ejemplo el carbono (C) forma cuatro enlaces en compuestos como el CH4 y en la mayora de compuestos que forma (para ello precisa promocionar el e del orbital 2s al 2p y a continuacin formar 4 orbitales de igual energa a partir del 2s y de los 3 orb. 2p). Los tipos de hibridacin se utilizan fundamentalmente en qumica orgnica, si bien no es exclusiva de compuestos orgnicos. 34. Tipos de orbitales hbridos.Ejemplos 35. Teora de orbitales moleculares(O.M.) Permite explicar todas la molculas existentes. Consiste en fijar unos niveles energticos para los orbitales moleculares y considerarlos combinacin lineal de orbitales atmicos (C.L.O.A.). Hay tantos orbitales moleculares como atmicos y ocuparan distintas zonas espaciales. La mitad de ellos tendran menor energa que la de los orbitales atmicos de los que proceden y por tanto, seran ms estables (orbitales enlazantes). 36. Teora de orbitales moleculares. (T.O.M.) La otra mitad tendran mayor energa que los orbitales atmicos de los que proceden y seran ms inestables (orbitales antienlazantes). Se denomina orden de enlace (O.E.) a: El O.E. puede ser fraccionario si combinan orbitales apareados y desapareados. n e (OM enlazantes) n e (OM antienlazantes) O.E.= 2 - - - 37. O.A. (N) O.A. (N)O.M. (N2) Molcula de N2 O.A. (N)O.A. (O)O.M. (NO) Molcula de NO 38. Enlace metlico Lo forman los metales. Es un enlace bastante fuerte. Los tomos de los metales con pocos e- en su ltima capa no forman enlaces covalentes, ya que compartiendo electrones no adquieren la estructura de gas noble. Se comparten los e- de valencia colectivamente. Una nube electrnica rodea a todo el conjunto de iones positivos, empaquetados ordenadamente, formando una estructura cristalina de alto ndice de coordinacin. Existen dos modelos que lo explican: Modelo del mar de electrones: Modelo de bandas: 39. SUSTANCIAS COMPLEJAS La tercera y ms grande clase de excepciones consiste en las molculas en que hay ms de ocho electrones en la capa de valencia de un tomo. Como ejemplo, consideremos el PCl5 PCl Cl Cl Cl Cl 41 40. Fuerzas intermolecularesFuerzas intermoleculares Las fuerzas intermoleculares son fuerzas electromagnticas las cuales actan entre molculas o entre regiones ampliamente distantes de una macromolcula. 41. Fuerzas Intermoleculares Fuerzas electromagnticas Dipolo- dipolo Dispersin P.hidrgeno 42. Dipolo-Dipolo Son las fuerzas que ocurren entre dos molculas con dipolos permanentes. Estas funcionan de forma similar a las interacciones inicas, pero son ms dbiles debido a que poseen solamente cargas parciales. Un ejemplo de esto puede ser visto en el cido clorhdrico: (+)(-) (+)(-) H-Cl-- --H-Cl (-)(+) (-)(+) Cl-H----Cl-H 43. Fuerzas de Dispersin o London Son pequeas y transitorias fuerzas de atraccin entre molculas no polares. Son ms intensas en las molculas no polares ms grandes que en las pequeas. Son de mayor magnitud en el Br2, que en el I2, que en el F2. Qumica 45 44. PUENTES DE HIDROGENO 45. La frmula qumica expresa la composicin de molculas y compuestos mediante smbolos qumicos El N de compuestos qumicos conocidos es superior a 13 millones!!! Mtodo sistemtico de nombrar los compuestos: NOMENCLATURA Formulacin y Nomenclatura en Qumica Inorgnica 46. CLASIFICACIN xidos perxidos hidruros sales neutras xidos bsicos xidos cidos hidruros metlicos hidruros no metlicos grupos 13, 14,15 hidruros voltiles grupos 16, 17 haluros de hidrgeno sales neutras sales voltiles COMPUESTOSBINARIOS 47. - Compuestos binarios formados por: Oxgeno(-2)+Metal. - Frmula: M val O Oval M (Siendo M: metal; O: oxgeno). - Si se pueden simplificar los subndices, se simplifican. Los subndices siempre son nmeros naturales (jams un nmero fraccionario o decimal como subndice). - Nomenclatura: Tradicional: xido + [metal] Stock: xido de [metal] (valencia en n romanos). Sistemtica: + xido de + [metal] * Para ms facilidad leer la frmula al revs. -oso -ico Mono- Di- Tri- Tetra- Mono- Di- Ejemplos 48. - Compuestos binarios formados por: Oxgeno(-2)+ No Metal. - Frmula: X val O Oval X (Siendo X: no metal; O: oxgeno). -Si se pueden simplificar los subndices, se simplifican. Los subndices siempre son nmeros naturales (jams un nmero fraccionario o decimal como subndice). - Nomenclatura: Tradicional: Anhdrido+ + [no metal] + Stock: xido de [ no metal] (valencia en n romanos). Sistemtica: + xido de + [no metal] * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Hipo- Per- -oso -oso -ico -ico Mono- Di- Tri- Tetra- Mono- Di- Ejemplos 49. - Compuestos binarios formados por: Hidrgeno(-1)+ Metal. - Frmula: M val H Hval M (Siendo M: metal; H: hidrgeno). -Si se pueden simplificar los subndices, se simplifican. Los subndices siempre son nmeros naturales (jams un nmero fraccionario o decimal como subndice). - Nomenclatura: Tradicional: Hidruro + [metal] + (si tiene dos valencias) Hidruro de [metal] (si tiene una valencia) Stock: Hidruro de [metal] (valencia en n romanos). Sistemtica: + hidruro de [metal] * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Mono- Di- Tri- Tetra- -oso -ico Ejemplos 50. - Compuestos binarios formados por: Hidrgeno(-1)+ No Metal. - Frmula: X val H Hval X (Siendo X: no metal; H: hidrgeno). -Si se pueden simplificar los subndices, se simplifican. Los subndices siempre son nmeros naturales (jams un nmero fraccionario o decimal como subndice). - Nomenclatura: Tradicional: Nombres especiales Stock: Hidruro de [no metal] (valencia en n romanos). Sistemtica: + hidruro de [no metal] * Para ms facilidad leer la frmula al revs. -Grupos 13 y 15, valencia 3 -Grupo 14, valencia 4 -Tri -Tetra Nombres especiales 51. - Compuestos binarios formados por: Hidrgeno(-1)+ No Metal - Frmula: H val X Xval H (Siendo X: no metal; H: hidrgeno). -Si se pueden simplificar los subndices, se simplifican. Los subndices siempre son nmeros naturales (jams un nmero fraccionario o decimal como subndice). - Nomenclatura: Tradicional: cido + [no metal] - hdrico Stock: [no metal] uro de hidrgeno. Sistemtica: (mono) + [no metal] uro de hidrgeno * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Grupo 16 valencia 2 Grupo 17 valencia 1 Ejemplos 52. - Compuestos binarios formados por: Metal+ No Metal - Frmula: M val X Xval M (Siendo X: no metal; M: metal). -Si se pueden simplificar los subndices, se simplifican. Los subndices siempre son nmeros naturales (jams un nmero fraccionario o decimal como subndice). - Nomenclatura: Tradicional: [no metal] uro de [metal] Stock: [no metal] uro de[metal] (valencia del metal) Sistemtica: + [no metal] uro de + [metal] * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Grupo 17 (F, Cl, Br, I), valencia 1 Grupo 16 (S, Se, Te), valencia 2 Mono- Di- Tri- Tetra- Mono- Di- -oso -ico Ejemplos 53. - Compuestos binarios formados por: Oxgeno (-1)+ Metal - Frmula: M val O Oval M (Siendo O: oxgeno; M: metal). - En el caso de que la valencia del metal sea igual a 1, se pone subndice 2 tanto al metal como al oxgeno y no se simplifica. - Nomenclatura: Tradicional: Perxido + [metal] Stock: Perxido de [metal] (valencia del metal) Sistemtica: + [no metal] perxido de + [metal] * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Mono- Di- Tri- Tetra- Mono- Di- -oso -ico Ejemplos 54. - Compuestos ternarios formados por: Metal+ grupo OH (-1) - Frmula: M val OH OHval M (Siendo OH: grupo hidrxido; M: metal). - Nomenclatura: Tradicional: HIdrxido + [metal] Stock: Hidrxido de [metal] (valencia del metal) Sistemtica: + hidrxido de [metal] * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Mono- Di- Tri- Tetra- -oso -ico Ejemplos 55. - Compuestos ternarios formados por: Oxgeno, Hidrgeno + No Metal (excepto Mn, Cr) - Frmula: H a XbOc Aadimos a la molcula de anhdrido correspondiente una molcula de agua. Anhdrido hipocloroso: Cl2O + H2O = HClO - Nomenclatura: Tradicional: cido + [no metal] Stock: No existe. Sistemtica: oxo [no metal] - ato (val X) de Hidrgeno * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Funcional: cido oxo [no metal] ico (valencia no metal) Hipo- Per- -oso -oso -ico -ico Mono- Di- Tri- Tetra- Mono- Di- Tri- Tetra- Ejemplos 56. cidos oxocidos Frmula Tradicional Stock Funcional HClO4 cido perclrico Tetraoxoclorato (VII) de hidrgeno cido tetraoxoclrico (VII) H2SO4 cido sulfrico Tetraoxosulfato (VI) de hidrgeno cido tetraoxosulfrico (VI) H2CO2 cido carbonoso Dioxocarbonato (II) de hidrgeno cido dioxocarbnico (II) 57. Manganeso Cromo *** H2CrO4 H2O = H2Cr2O7 cido dicrmico Frmula Tradicional Sistemtica Funcional IV H2MnO3 cido Manganoso Trioxomanganato (IV) de hidrgeno cido trioxomangnico (IV) VI H2MnO4 cido Mangnico Tetraoxomanganato (VI) de hidrgeno cido tetraoxomangnico (VI) VII HMnO4 cido Permangnico Tetraoxomanganato (VII) de hidrgeno cido tetraoxomangnico (VII) Valencia Frmula Tradicional Sistemtica Funcional VI H2CrO4 cido crmico Tetraoxocromato (VI) de hidrgeno cido tetraxocrmico (VI) 58. Fsforo P2O + 3H2O = H6P2O4 = H3PO2 P2O3 + 3H2O = H6P2O6 = H3PO3 P2O5 + 3H2O = H6P2O8 = H3PO4 Arsnico As2O + 3H2O =H6As2O4 = H3AsO2 As2O3 + 3H2O = H6As2O6 = H3AsO3 As2O5 + 3H2O = H6As2O8 = H3AsO5 Antimonio Sb2O + 3H2O = H6Sb2O4 = H3SbO2 Sb2O3 + 3H2O = H6Sb2O6 = H3SbO3 Sb2O5 + 3H2O = H6Sb2O8 = H3SbO4 59. - Compuestos ternarios formados por: Metal + No Metal + Oxgeno - Frmula: M a ( XbOc ) val M Cambiamos el oxgeno por un metal y ponemos su valencia fuera del parntesis. El subndice que tiene el hidrgeno se deja. Nomenclatura: Tradicional: [no metal] [ metal] Stock: [no metal] de [ metal] Sistemtica: + oxo [no metal] - ato (val X) de [metal] (val M) * Para ms facilidad leer la frmula al revs. Hipo- Per- -ito -ito -ato -ato -oso -ico Hipo- Per- -ito -ito -ato -ato Bis- Tris- Tetrakis- Mono- Di- Tri- Tetra- Ejemplos 60. Nomenclaturas Frmula Tradicional Sistemtica H2O Agua ------ NH3 Amonaco Trihidruro de Nitrgeno PH3 Fosfina Trihidruro de Fsforo AsH3 Arsina Trihidruro de Arsnico SbH3 Estibina Trihidruro de Antimonio CH4 Metano Tetrahidruro de Carbono SiH4 Silano Tetrahidruro de Silicio BH3 Borano Trihidruro de Boro 61. Nomenclatura Frmula Tradicional Stock Estequiomtrica LiF Fluoruro Ltico Fluoruro de Litio Fluoruro de Litio CaF2 Fluoruro Clcico Fluoruro de Calcio Difluoruro de Calcio AlCl3 Cloruro Alumnico Cloruro de Aluminio Tricloruro de Aluminio CuBr2 Bromuro Cprico Bromuro de Cobre(II) Dibromuro de Cobre MnS Sulfuro Manganoso Sulfuro de Manganeso(II) Sulfuro de Manganeso CaTe Telururo Clcico Telururo de Calcio Telururo de Calcio KI Yoduro Potsico Yoduro de Potasio Yoduro de Potasio FeCl2 Cloruro Ferroso Cloruro de Hierro(II) Dicloruro de Hierro NiS Sulfuro Niqueloso Sulfuro de Nquel(II) Sulfuro de Nquel K2Se Seleniuro Potsico Seleniuro de Potasio Seleniuro de Dipotasio PtF2 Fluoruro Platinoso Fluoruro de Platino(II) Difluoruro de Platino 62. LEYES DE LOS GASES P.V = n. R. T 63. Leyes de los gases Modelo molecular para la ley de Avogadro Estado gaseoso Leyes de los gases Ley de Boyle y Mariotte Ley de Charles y Gay-Lussac (1) Ley de Charles y Gay-Lussac (2) Teora cintica de los gases Modelo molecular para la ley de Boyle y Mariotte Modelo molecular para la ley de Charles y Gay-Lussac Ecuacin general de los gases ideales 64. Estados de la materia GAS LQUIDO SLIDO 65. Cl2 gaseoso HCl y NH3 gaseosos Estado gaseoso 66. Leyes de los gases Ley de Boyle y Mariotte El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presin que soporta (a temperatura y cantidad de materia constantes). V 1/P (a n y T ctes) V = k/P Transformacin isotrmica 67. Leyes de los gases Ley de Charles y Gay-Lussac (1) El volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a presin y cantidad de materia constantes). V T (a n y P ctes) V = k.T A P = 1 atm y T = 273 K, V = 22.4 l para cualquier gas. El volumen se hace cero a 0 K Transformacin isobrica 68. Leyes de los gases Ley de Charles y Gay-Lussac (2) La presin de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a volumen y cantidad de materia constantes). P a T (a n y V ctes) P = k.T Transformacin iscora P(atm) T (K) 69. Combinacin de las tres leyes: = P kkk n T V = P R n T Ley de los gases ideales: PV = nRT R se calcula para: n = 1 mol P = 1 atm V = 22,4 l T = 273 K R = 0.082 atm L/ mol K R = 8.31 J/ mol K = 1.987 cal /mol K Leyes de los gases Ecuacin general de los gases ideales T P.V = T P. V 70. Teora cintica de los gases. Modelo molecular: Los gases estn constituidos por partculas (tomos o molculas) separadas por espacios vacos. Las partculas de un gas estn en constante movimiento en lnea recta, al azar en todas la direcciones. El volumen total de las partculas de un gas es muy pequeo (y puede despreciarse) en relacin con el volumen del recipiente que contiene el gas. Las partculas de un gas chocan entre s y con las paredes del recipiente que lo contiene. Es tos choque se suponen elsticos, es decir, las partculas no ganan ni pierden energa cintica en ellos. La presin del gas se produce por las colisiones de las partculas con las paredes del recipiente. La energa cintica de las partculas aumenta con la temperatura del gas. Las fuerzas atractivas y repulsivas entre las partculas se pueden considerar despreciables. Teora cintica de los gases Entre 1850 y 1880 Maxwell, Clausius y Boltzmann desarrollaron esta teora, basada en la idea de que todos los gases se comportan de forma similar en cuanto al movimiento de partculas se refiere. Boltzmann Clausius