enlace quimico parte
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11
ENLACE QUÍMICO
QUIMICA I
1
TEORIAS DE
ENLACE DE VALENCIA
Y ORBITAL MOLECULAR
22
OTRAS TEORIAS DE ENLACE
LAS ESTRUCTURAS DE LEWIS DESCRIBEN EL
ENLACE QUIMICO EN TERMINOS DEL SIMPLE
COMPARTIMIENTO (Y APAREAMIENTO) DE DOS
ELECTRONES
O sea que, por ejemplo
EL ENLACE H–H EN H2 SERIA EQUIVALENTE AL
ENLACE F–F EN F2
UNA MEJOR EXPLICACION REQUIERE EL USO
DE ORBITALES (MECANICA CUANTICA) PARA
DESCRIBIR EL ENLACE QUIMICO
2
33
OTRAS TEORIAS DE ENLACE
HAY 2 TEORIAS 2 MAS –
TEORIA DE ENLACE DE VALENCIA
ASUME QUE LOS ELECTRONES EN UNA
MOLECULA OCUPAN ORBITALES ATOMICOS
DE LOS ATOMOS INDIVIDUALES
TEORIA DEL ORBITAL MOLECULAR
ASUME LA FORMACION DE ORBITALES
MOLECULARES A PARTIR DE ORBITALES
ATOMICOS
3 44
TEORIA DEL ENLACE DE VALENCIA
EL ENLACE COVALENTE SE FORMA COMPARTIENDO
ELECTRONES MEDIANTE EL “TRASLAPE” (“OVERLAP”)
DE DOS ORBITALES ATOMICOS
LA TEORIA DE LEWIS IGNORA LOS CAMBIOS DE
ENERGIA INVOLUCRADOS EN LA FORMACION
DEL ENLACE QUIMICO4
POR “TRASLAPE” UNO QUIERE DECIR
QUE LOS DOS ORBITALES COMPARTEN
UNA REGION COMUN EN EL ESPACIO
2
55
TEORIA DEL ENLACE DE VALENCIA
LA T.E.V. CONSIDERA LA DISMINUCION DE ENERGIA
POTENCIAL CON RESPECTO A LOS ATOMOS AISLADOS
es decir, la
formación del
enlace viene
acompañada
por liberación
de energía
5 66
TEORIA DEL ENLACE DE VALENCIA
PUESTO QUE LOS ORBITALES INVOLUCRADOS EN LA
FORMACION DE H2 (1s–1s) Y F2 (2p-2p) SON
DIFERENTES LA T.E.V. PREDICE ENERGIAS Y
LONGITUDES DE ENLACE DIFERENTES
PROPIEDAD H2 F2
ENERGIA DE
DISOCIACION
436.4 kJ/mol 150.6 kJ/mol
LONGITUD DE
ENLACE
74 pm 142 pm
ESTOS (Y OTROS) HECHOS EXPERIMENTALES NO PUEDEN
EXPLICARSE EN TERMINOS DE LA TEORIA DE LEWIS
6
77
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
EL ESQUEMA USADO TOMA EN CONSIDERACION
LA GEOMETRIA MOLECULAR
Ejemplo: CH4 (TETRAEDRICA SEGUN TRPECV)
CONSIDERENSE LOS ORBITALES DEL ATOMO
CENTRAL, C:7 88
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
SE PUEDE “PROMOVER” (EXCITAR) UN ELECTRON 2s
2s 2p
PERO, ESTOS ORBITALES NO TIENEN
GEOMETRIA TETRAEDRICA...
SE INTRODUCE EL CONCEPTO DE HIBRIDACION
2s 2p
8
3
99
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
EL CONCEPTO DE HIBRIDACION:
LA MEZCLA DE DOS ó MAS ORBITALES
ATOMICOS NO-EQUIVALENTES EN UN ATOMO
(CENTRAL) PARA GENERAR UN GRUPO
NUEVO DE ORBITALES ATOMICOS
9 10
HIBRIDACIÓN
1. AL MEZCLAR AL MENOS 2 ORBITALES DIFERENTES SE
FORMAN LOS ORBITALES HIBRIDOS, LOS CUALES
TIENEN UNA FORMA DISTINTA A LOS ORIGINALES
2. EL NUMERO DE ORBITALES HIBRIDOS ES IGUAL AL
NUMERO DE ORBITALES PUROS USADOS EN LA
HIBRIDACION
3. LOS ENLACES COVALENTES ESTAN FORMADOS POR:
a. LA SUPERPOSICION DE ORBITALES HIBRIDOS CON
ORBITALES ATOMICOS, O
b. LA SUPERPOSICION DE ORBITALES HIBRIDOS CON
ORBITALES HIBRIDOS
1111
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
4 ORBITALES sp3 EQUIVALENTES
SE GENERAN 4 ORBITALES HIBRIDOS MEZCLANDO
EL ORBITAL 2s CON LOS 3 ORBITALES 2p
CADA UNO DE ESTOS ORBITALES
HIBRIDOS ESTA ORIENTADO HACIA CADA
ESQUINA DE UN TETRAEDRO REGULAR
2s 2p
1 ORBITAL s Y
3 ORBITALES p
11
“ese-pe-tres”
1212
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
FORMACION DE ORBITALES HIBRIDOS sp3
4
1313
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
CADA ORBITAL HIBRIDO
SE TRASLAPA CON UN
ORBITAL 1s DEL
HIDROGENO
FORMANDO 4 ENLACES
COVALENTES C–H
1414
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
Otro ejemplo: NH3
N
2s 2p
sp3
HIBRIDACION
ESTE ORBITAL HIBRIDO
QUEDA OCUPADO POR EL
PAR SOLITARIO
LOS OTROS 3 ORBITALES
HIBRIDOS SE TRASLAPAN CON LOS
ORBITALES 1s DEL HIDROGENO
FORMANDO 3 ENLACES
COVALENTES N–H
1515
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
EN LA
MOLECULA DE
AMONIACO,
UNO DE LOS
ORBITALES
HIBRIDOS sp3
ESTA OCUPADO
POR EL PAR
SOLITARIO
1616
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
HIBRIDACION
Otro ejemplo: H2O
O
sp3
2s 2p
ESTOS 2 ORBITALES HIBRIDOS
sp3 QUEDAN OCUPADOS POR
PARES SOLITARIOS
5
1717
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
EN LA MOLECULA
DE AGUA, DOS DE
LOS ORBITALES
HIBRIDOS sp3
ESTAN OCUPADOS
POR PARES
SOLITARIOS
1818
RELACION ENTRE HIBRIDACION (TEV) Y
LAS REPULSIONES ELECTRONICAS (TRPECV)
NOTA IMPORTANTISIMA SOBRE HIBRIDACION:
USAMOS HIBRIDACION PARA EXPLICAR EL ESQUEMA
DE ENLACE, PERO SOLO CUANDO LA GEOMETRIA
GLOBAL DE LOS PARES DE e`S HA SIDO DETERMINADA
PREVIAMENTE MEDIANTE TRPECV
Es decir...
SI TRPECV PREDICE UN ARREGLO TETRAEDRICO, UNO
ASUME QUE HAY ORBITALES sp3 INVOLUCRADOS
1919
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
HIBRIDACION
HIBRIDACION sp Ejemplo: BeCl2
Be
2s 2p
2s 2p
PROMOCION
2 ORBITALES 2p
PERMANECEN PUROS
sp 2p
2 ORBITALES HIBRIDOS sp QUE SE
TRASLAPAN CON ORBITALES 3p DEL Cl 2020
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
FORMACION DE ORBITALES HIBRIDOS sp
6
2121
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
HIBRIDACION sp2 Ejemplo.: BF3
2s 2p
2s 2p
sp2 2p
PROMOCION
HIBRIDACION
B
2222
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
FORMACION DE ORBITALES HIBRIDOS sp2
2323
HIBRIDACION sp3d Ejemplo.:PCl5
P
3s 3p 3d
3s 3p 3d
sp3d 3d
TRASLAPAN CON EL 3p DE CADA Cl
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
2424
HIBRIDACION sp3d2 Ejemplo.:SF6
S
TRASLAPAN CON EL 2p DE CADA F
3s 3p 3d
3s 3p 3d
sp3d2 3d
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
7
2525
PUNTOS IMPORTANTES SOBRE HIBRIDACION
EL CONCEPTO DE HIBRIDACION NO SE APLICA A
ATOMOS AISLADOS. SE USA SOLO PARA EXPLICAR
EL ESQUEMA DE ENLACE EN LA MOLECULA
HIBRIDACION ES LA MEZCLA DE AL MENOS DOS
ORBITALES ATOMICOS NO EQUIVALENTES
ES DECIR, UN ORBITAL HIBRIDO NO ES UN ORBITAL
ATOMICO PURO; LOS ORBITALES HIBRIDOS TIENEN
FORMAS MUY DIFERENTES DE AQUELLAS DE LOS
ORBITALES ATOMICOS PUROS
2626
PUNTOS IMPORTANTES SOBRE HIBRIDACION
EL NUMERO DE ORBITALES HIBRIDOS
GENERADOS ES IGUAL AL NUMERO DE
ORBITALES ATOMICOS PUROS QUE PARTICIPA
EN EL PROCESO DE HIBRIDACION
HIBRIDIZACION REQUIERE ENERGIA; SIN
EMBARGO, ESTA ENERGIA MAS QUE SE
RECUPERA DURANTE LA FORMACION DE LOS
ENLACES
2727
PUNTOS IMPORTANTES SOBRE HIBRIDACION
LOS ENLACES COVALENTES SE FORMAN
MEDIANTE EL TRASLAPE DE ORBITALES
HIBRIDOS CON OTROS HIBRIDOS ó PUROS
LA HIBRIDACION ESTA DENTRO DEL MARCO DE LA
T.E.V.: LOS ELECTRONES EN UNA MOLECULA
OCUPAN ORBITALES ATOMICOS HIBRIDOS
2828
8
2929
MOLECULAS CON DOBLES Y TRIPLES ENLACESCasos de estudio:
ETILENO
H H
H H
C C
C2H4
HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOS
EXISTEN DOS TIPOS DE ENLACE
COVALENTE EN ESTAS MOLECULAS:
ACETILENO
H – C C – H
C2H2
3030
ENLACE “SIGMA”,
ENLACE COVALENTE FORMADO POR ORBITALES
QUE SE TRASLAPAN DE FRENTE
LA DENSIDAD ELECTRONICA SE CONCENTRA ENTRE
LOS NUCLEOS DE LOS ATOMOS ENLAZADOS
ENLACE “PI”,
ENLACE COVALENTE FORMADO POR ORBITALES
QUE SE TRASLAPAN LATERALMENTE
LA DENSIDAD ELECTRONICA SE CONCENTRA POR
ENCIMA Y POR DEBAJO DEL PLANO QUE
CONTIENE LOS NUCLEOS DE LOS ATOMOS
ENLAZADOS
3131
LA MOLECULA DE ETILENO
CADA ATOMO DE
CARBONO EN EL
ETILENO TIENE 3
ORBITALES
HIBRIDOS sp2 Y UN
ORBITAL PURO 2p
(SIN HIBRIDIZAR)
QUE ES
PERPENDICULAR
AL PLANO DE LOS
ORBITALES
HIBRIDOS
sp2 sp2
sp2
p
3232
ENLACES ENTRE ATOMOS DE CARBONO Y
ENTRE ATOMOS DE CARBONO E HIDROGENO
LA MOLECULA DE ETILENO
9
3333
ENLACE ENTRE ATOMOS DE CARBONO QUE RESULTA
DEL TRASLAPE LATERAL DE LOS 2 ORBITALES 2p
LA MOLECULA DE ETILENO
34
LA MOLECULA DE ETILENO
3535
LA MOLECULA DE ACETILENO
CADA ATOMO DE
CARBONO EN EL
ACETILENO TIENE 2
ORBITALES HIBRIDOS
sp Y 2 ORBITALES
PUROS 2p QUE SON
PERPENDICULARES
ENTRE SI ASI COMO
AL PLANO DE LOS
ORBITALES HIBRIDOS
36
LA MOLECULA DE ACETILENO
ENLACES ENTRE
ATOMOS DE CARBONO Y
ENTRE ATOMOS DE
CARBONO E HIDROGENO
ENLACES ENTRE
ATOMOS DE CARBONO
QUE RESULTAN DEL
TRASLAPE LATERAL DE
LOS 4 ORBITALES 2p
10
37
Descripción del enlace en el CH2O
CH
OH
C – enlace con 3 átomos,
0 pares de electrones libres
C – sp2
38
ENLACES SIGMA () Y PI ()
Enlace simple 1 enlace sigma
Enlace doble 1 enlace sigma y 1 enlace pi
Enlace triple 1 enlace sigma y 2 enlaces pi
Cuantos enlaces y hay en la molécula del ácido
acético (vinagre) CH3COOH?
C
H
H
CH
O
O Henlaces = 6 +1 = 7
enlaces = 1
39
LA MOLECULA DE BENCENO
C – sp2
ENLACES ENTRE
ATOMOS DE CARBONO Y
ENTRE ATOMOS DE
CARBONO E HIDROGENO
CADA ATOMO DE CARBONO QUEDA
CON UN ORBITAL 2p PURO QUE ES
PERPENDICULAR AL PLANO DE LOS
ORBITALES HIBRIDOS
C6H6
4040
LA MOLECULA DE BENCENO
ENLACES ENTRE ATOMOS DE CARBONO: LOS 6 ORBITALES p
SE TRASLAPAN PARA FORMAR LOS DOBLES ENLACES DE LAS 2
ESTRUCTURAS RESONANTES
11
4141
LA MOLECULA DE BENCENO
LOS 6 ELECTRONES OCUPAN REGIONES POR ENCIMA Y POR
DEBAJO DEL PLANO DE LOS 6 ATOMOS DE CARBONO
42
DENSIDAD ELECTRÓNICA POR ENCIMA Y POR DEBAJO DEL
PLANO DE LA MOLÉCULA DE BENCENO
43
EL ION CARBONATO
Además, los orbitales 2pz de los
átomos de carbono y oxígeno se
traslapan para formar orbitales
moleculares deslocalizados, de
manera que hay también un enlace
entre el átomo de carbono y
cada uno de los 3 átomos de
oxígeno
El átomo de carbono
forma 3 enlaces con
los 3 átomos de
oxígeno.
Pregunta de examen
44
Dar el número de pares solitarios alrededor del átomo central y la geometría
molecular del ion IBr2–.
A) 0 pares solitarios, lineal
B) 1 par solitario, forma de V
C) 2 pares solitarios, forma de V
D) 3 pares solitarios, forma de V
E) 3 pares solitarios, lineal
12
Pregunta de examen
45
La hibridación del átomo de nitrógeno central en la molécula de N2O es
A) sp
B) sp2
C) sp3
D) sp3d
E) sp3d2
4646
TEORIA ORBITAL MOLECULAR
LA TEORIA O.M. DESCRIBE LOS ENLACES
COVALENTES EN TERMINOS DE
ORBITALES QUE
RESULTAN DE LA INTERACCION DE LOS
ORBITALES ATOMICOS DE LOS ATOMOS
ENLAZADOS
ESTAN ASOCIADOS CON LA MOLECULA
ENTERA
4747
TEORIA ORBITAL MOLECULAR
ORBITALES MOLECULARES ENLAZANTES
RESULTAN DE LA INTERACCION
(INTERFERENCIA) CONSTRUCTIVA
DE DOS ORBITALES ATOMICOS DE
LOS ATOMOS ENLAZADOS
TIENEN MENOR ENERGIA (MAYOR
ESTABILIDAD) QUE LOS ORBITALES
ATOMICOS DE LOS CUALES SE
FORMAN4848
TEORIA DE ORBITAL MOLECULAR
ORBITALES MOLECULARES ANTI-ENLAZANTES
RESULTAN DE LA INTERACCION
(INTERFERENCIA) DESTRUCTIVA
DE DOS ORBITALES ATOMICOS
DE LOS ATOMOS ENLAZADOS
TIENEN MAYOR ENERGIA
(MENOR ESTABILIDAD) QUE LOS
ORBITALES ATOMICOS DE LOS
CUALES SE FORMAN
13
4949
TEORIA DE ORBITAL MOLECULAR
EN UN ORBITAL MOLECULAR SIGMA (ENLAZANTE ó
ANTI-ENLAZANTE) LA DENSIDAD ELECTRONICA SE
CONCENTRA SIMETRICAMENTE ALREDEDOR DE LA
LINEA QUE UNE LOS DOS NUCLEOS DE LOS
ATOMOS ENLAZADOS
EN UN O.M. PI (ENLAZANTE ó ANTI-ENLAZANTE) LA
DENSIDAD ELECTRONICA SE CONCENTRA POR
ENCIMA Y POR DEBAJO DE LA LINEA QUE UNE LOS
DOS ATOMOS ENLAZADOS
O sea que un orbital o puede resultar tanto de la interacción constructiva como de la destructiva
5050
ORBITALES MOLECULARES (~Traslape Frontal)
INTERACCIONES CONSTRUCTIVA Y DESTRUCTIVA
ENTRE DOS ORBITALES 1s LLEVAN A LA FORMACION
DE O.M.’s DE ENLACE Y ANTIENLACE
5151
ORBITALES MOLECULARES (~Traslape Lateral)
INTERACCIONES CONSTRUCTIVA Y DESTRUCTIVA
ENTRE DOS ORBITALES 2p LLEVAN A LA FORMACION
DE O.M.’s DE ENLACE Y ANTIENLACE
5252
ORBITALES MOLECULARES (~Traslape Frontal)
INTERACCIONES CONSTRUCTIVA Y DESTRUCTIVAENTRE DOS ORBITALES 2p LLEVAN TAMBIEN A LA
FORMACION DE O.M.’s DE ENLACE Y ANTIENLACE
14
53
ORBITALES MOLECULARES Y (DOS ORBITALES 2p)
5454
REGLAS PARA LA DISTRIBUCION DE LOS
ELECTRONES EN LOS ORBITALES MOLECULARES
EL NUMERO DE O.M.’S QUE SE FORMAN
SIEMPRE ES IGUAL AL NUMERO DE
ORBITALES ATOMICOS QUE SE COMBINAN
ENTRE MAS ESTABLE EL O.M. ENLAZANTE,
MENOS ESTABLE ES EL CORRESPONDIENTE
O.M. ANTI-ENLAZANTE
5555
REGLAS PARA LA DISTRIBUCION DE LOS
ELECTRONES EN LOS ORBITALES MOLECULARES
EN UNA MOLECULA ESTABLE EL NUMERO DE
ELECTRONES EN LOS OM’S ENLAZANTES ES
SIEMPRE MAYOR AL NUMERO DE ELECTRONES EN
LOS OM’S ANTI-ENLAZANTES
A LA MITAD DE ESTA DIFERENCIA SE LE LLAMA
ORDEN DE ENLACE, QUE ES UNA MEDIDA DE SU
FORTALEZA
Orden de Enlace = 1
2
Número de
electrones en
OM de enlace
Número de
electrones en OM
de antienlace( - )5656
EL PRINCIPIO DE EXCLUSION DE PAULI TAMBIEN SE
APLICA EN LOS OM’S: CADA OM PUEDE SER
OCUPADO HASTA POR DOS e’S CON SPIN OPUESTO
IGUAL LA REGLA DE HUND: CUANDO SE AÑADEN e’S A
OM’S DE LA MISMA ENERGIA, LA CONFIGURACION
MAS ESTABLE ES AQUELLA CON EL MAXIMO NUMERO
DE SPINS PARALELOS
EL NUMERO DE e’S EN LOS ORBITALES
MOLECULARES ES IGUAL A LA SUMA DE TODOS LOS
e’S DE LOS ATOMOS ENLAZADOS
REGLAS PARA LA DISTRIBUCION DE LOS
ELECTRONES EN LOS ORBITALES MOLECULARES
15
5757
MOLECULAS DE HIDROGENO Y HELIO
ORDEN DE ENLACE = 1 ORDEN DE ENLACE = 0
H2
H H
He2
He He
58
MOLECULAS H2+ , H2 , He2
+ y He2
½ 1 ½ 0
ESTABILIDAD: H2 > H2+ He2
+ > He2
ORDEN DE
ENLACES :
5959
ALGUNAS MOLECULAS DIATOMICAS HOMONUCLEARES
CON ELEMENTOS DEL SEGUNDO PERIODO
MOLECULA Li2 Li : 1s2 2s1 SOLO ORBITALES “s”
6060
ALGUNAS MOLECULAS DIATOMICAS HOMONUCLEARES
CON ELEMENTOS DEL SEGUNDO PERIODO
MOLECULA Be2 Be : 1s2 2s2 SOLO ORBITALES “s”
Molecule
16
6161
MOLECULAS DIATOMICAS HOMONUCLEARES
CON ELEMENTOS DEL SEGUNDO PERIODO
LA SITUACION SE COMPLICA CUANDO SE
INVOLUCRAN ORBITALES p : SE FORMAN UN
ENLACE Y DOS ENLACES
6262
MOLECULAS DIATOMICAS HOMONUCLEARES
CON ELEMENTOS DEL SEGUNDO PERIODO
LA ENERGIA DE LOS ORBITALES MOLECULARES
CRECE EN EL SIGUIENTE ORDEN:
De Li2 a N2:
O2 y F2:NOTESE EL CAMBIO DE ORDEN DE ENERGIA PARA Z > 7
6363 64
O
O
No hay electrones desapareados
Debería ser diamagnético
Experimentalmente se observa que el O2 es paramagnético
17
Pregunta de examen
65
En cual de las siguientes especies se debilitará el enlace cuando se adiciona un
electrón para formar el anión molecular?
A) B2
B) C2
C) N2
D) todas
E) ninguna