clase 5: estructura molecular
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5.1) ENLACES MOLECULARES
Sistemas = sistemas de átomos
¿Cómo se ensamblan o unen los átomos?
interacciones eléctricas
Enlaces
+ -
5.1) ENLACES MOLECULARES
i) ENLACES IÓNICOS
Caracterizados por interacciones
eléctricas de iones atómicos.
Molécula de Cloruro de sodio
NaCl= Na + Cl
+ -
ii) ENLACES COVALENTES
Caracterizados por fuerzas eléctricas más intensas debido al acople {apareamiento} de electrones
Compartición de electrones
Caso más típico es el H2
H2 = H – H
iii) ENLACES DE VAN DER WALLS
Caracterizados por interacciones eléctricas
débiles entre dipolos
H20, HCl : Moléculas polares
permanentes, por ejemplo,
Son enlaces energéticos débiles respecto
de los ION-ION
Las fuerzas de Van der Walls pueden ser:
p-p (permanente-permanente)
iv) ENLACE DE H
Caracterizado por compartir protones
Presentes en macro-moléculas {moléculas
orgánicas}
Son de intensidad energética baja (– 0.1 eV)
v) ENLACE METALICO
Presente en sólidos metálicos
Las fuerzas de enlace entre los núcleos
positivos y el gas de electrones.
5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS
MOLECULARES
Caracterizaremos energéticamente a los sistemas
moleculares. Esta caracterización se efectuará
considerando básicamente energías rotacionales y
vibracionales,
Molécula CM
Energía eléctrica : e-e , e-p
Energía de traslación: CM
Energía cinética de rotación
Energía de vibración
5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS
MOLECULARES
ESTADO MOLECULAR CARACTERIZADO
POR ENERGIA, Emol
molE E elect E ...kT kR vibE E
Compleja ,
problema de
muchos cuerpos
No da mucha
información
“estructural” de
la molécula
i) Estados energéticos
rotacionales Caso: Molécula diatómica
m1 m2
r
z
x
y
3 grados de libertad
rotacional
X: Rot Y-Z
Y: Rot Y
Z: Rot X-Y
2
,
2 2 1 2
1 2
( 1), 0,1
R
1,
2
( 1) , :
,2
e
,...2
K R
kR
m mE Iw I r
m m
L Iw
L J J J numerocuant
J
icorota
emplaz
cion
J
and
I
a
E
o
l
J
m1
z
m2 CM
z
0 r r
Las transiciones posibles rotacionales se muestran en
el siguiente diagrama donde la regla de selección esta
dada por J = +/- 1,
EKRi J
3
2
3
6KRE
I
2
2
3KRE
I
2
1KREI
0 0KRE
2
1
0
Las transiciones de los estados rotacionales se ajusta a la regla
de selección j= +/- 1 la cual considera la conservación del L
del sistema molécula – fotón.
La transiciones rotacionales conducen a espectros de emisión
-absorción fotónica en la franja de microondas hasta IR lejano.
Teoría física modelo experimentos:
1(2 )
ij j i
hE E E f Ei kE k
I
Caso: CO
r C O
M1
mc
M2
mo
mc y mo= ok
u:uma
u: 1,6 *10(-27)
r:0,113 nm
ii) Energía vibracional
• Modelo 1 2
1 2
m m
m m
m1 m2
k k
Sistema k {sistema m-k: MAS}
2 1
2
1
2
: #
1( )
2
; 0,1,2 ..
2
, .
vib oscmascuantico
vib
kw
T
E E h v
v cuan
h kE v
tico vibracional v
Regla de selección: =+/-1
Evib
3
2
1
0
02
kE
1 03E E
2 05E E
3 07E E
E12 = E12 : Absorción
E32 = E32 : Emisión
121212 EEEE
344343 EEEE E IR
A Ts ordinarias: Ev = Ev,v=0 (E>>kBT)
0
:
( )2
: ( informacion diversa)
ij
EE E h
h
kE eV E aE a
Enlaces k
1860 /
480 /
CO
HCl
k N m
k N m
iii) Espectros moleculares
, ,
2
, ,
( ( 1) 1( )
2 2
rot vib
rot vi
mol kr vib
mol jb
j
E E E
E E
J J kE v
I
Asumiendo grados de libertad independientes,
• Diagramas de nivel de energía:
2
1 , 1, 0,1,2, ;I
1; : inicial
E h J J J
J
2
; 1, 1,2, ;
1; : inicial
E h J J JI
J
• Especto del HCl: doblete; concordancia con el
modelo
5.3) ENLACES EN SÓLIDOS
• Tipos de Enlaces:
Enlace Iónico (NaCl)
E covalente (diamante)
E Metálico (metales): Iónico-covalente
i) Sólidos Iónicos: NaCl
• Interacción Coulombiana
• Na+ tiene 6 iones Cl- vecinos mas cercanos
• Cl- tiene 6 iones Na+ vecinos mas cercanos
2
,: ;6 6 / : :ep electNa E Na Cl atrak e r r N cta ivCl a
,
2
: 1 : 2
12 /( 2 )
2 : ;p elect
e
Na E Na Na repulsi r Na Na r
k e r
vo
2
, , , : cte de Madelung
(estructura del cristal)
/ ,
1,7476
p elect atractiva
a
s
N
re e
Cl
E k e r
,
22
1
pot total n m
eetotal m
A BE
r r
A k ek e BU
r r n
La energía potencial total se puede modelar de
esta forma,
0 0( ), : mínimo (separación de equilibrio, )totalGraficaU r U r r
2
0
0
11e
eU k
r m
0 :U solido iones aislados
• U0 Energía cohesiva Iónica del sólido
0, 7,84 /NaclU eV Na Cl
ENaCl Na Cl
1
1, 7,84ENaCl Na Cl E
2
2, 5,14 3,61ENa Cl Na Cl E
• Energía cohesiva Atómica:
5,14Na Na eV
3,61Cl eV Cl
E=?
• Propiedades Generales:
Duros y estables
Pobres conductores de I y Q
Transparentes en la zona visible
Absorbentes en zonas IR medio y lejano
Solubles en líquidos polares: H2O