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Parmetros de enlaceParmetros de enlace
Jess Gracia MoraJess Gracia Mora
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La presentacin, material adicional, ejercicios y bibliografa se encuentran a su disposicin en:
http://depa.pquim.unam.mx/QI/
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Que es un enlace qumico?Diferentes definiciones:
Se establece un enlace qumico entre dos tomos o grupos de tomSe establece un enlace qumico entre dos tomos o grupos de tomos cuando las fuerzas que os cuando las fuerzas que actan entre ellos son de ndole tal que conducen a la formacinactan entre ellos son de ndole tal que conducen a la formacin de un agregado con suficiente de un agregado con suficiente estabilidad, que es conveniente para el qumico considerarlo comestabilidad, que es conveniente para el qumico considerarlo como una especie molecular o una especie molecular independiente.independiente.La naturaleza del enlace qumico.La naturaleza del enlace qumico. LinusLinus PAULINGPAULING
Est claro que la descripcin ntima de un enlace qumico debe sEst claro que la descripcin ntima de un enlace qumico debe ser esencialmente electrnica. er esencialmente electrnica. El comportamiento y la distribucin de los electrones en torno dEl comportamiento y la distribucin de los electrones en torno del ncleo es lo que da el el ncleo es lo que da el carcter fundamental de un tomo; lo mismo debe de ser para las carcter fundamental de un tomo; lo mismo debe de ser para las molculas. Por ello, en cierto molculas. Por ello, en cierto sentido, la descripcin de los enlaces en cualquier molcula es,sentido, la descripcin de los enlaces en cualquier molcula es, simplemente, la descripcin de simplemente, la descripcin de su distribucin electrnica.su distribucin electrnica.Valencia. A. Valencia. A. CoulsonCoulson. .
La energa que mantiene unidos a dos tomos en un compuestoLa energa que mantiene unidos a dos tomos en un compuestowww.learnchem.net/glossary/c.shtmlwww.learnchem.net/glossary/c.shtml
Una fuerza elctrica que une tomosUna fuerza elctrica que une tomos
CognitiveCognitive ScienceScience LaboratoryLaboratory, , PrincetonPrinceton UniversityUniversity
http://www.learnchem.net/glossary/c.shtml
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tomos
Representacin de enlaces qumicos
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Como est una molcula a diferentes Como est una molcula a diferentes temperaturas?temperaturas?
Condiciones normales
Baja temperatura
Alta temperatura
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Fuerza de enlaceLa estabilidad de una molcula est en funcin de la La estabilidad de una molcula est en funcin de la fortaleza de los enlaces que mantienen unidos a sus fortaleza de los enlaces que mantienen unidos a sus tomostomosCmo se mide? Cmo se mide? La energa de enlaceLa energa de enlace es el cambio en la entalpa (es el cambio en la entalpa (H, H, entrada de calor) que se requiere para disociar 1 mol entrada de calor) que se requiere para disociar 1 mol de sustancia gaseosa de sustancia gaseosa
Donde Donde DD(Cl(Cl--ClCl) representa la energa de disociacin ) representa la energa de disociacin para el enlace para el enlace ClCl--ClCl
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Fuerza de enlaceFuerza de enlaceEs la cantidad de energa requerida para separar dos tomos Es la cantidad de energa requerida para separar dos tomos
unidosunidosSiempre es un proceso endotrmicoSiempre es un proceso endotrmico
H2(g) H2(g) 2H(g)2H(g)
DH kJ/mol = =0 436 B
10741074COCO193193BrBr22
299299HIHI242242ClCl22
366366HBrHBr158158FF22
431431HClHCl496496OO22
565565HFHF944944NN22
151151II22436436HH22
BB ((kJkJ/mol/mol))MolMolculaculaBB ((kJkJ/mol/mol))MolMolculacula
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Los parmetros por excelencia
Enlace Energa (kJ/mol) Distancia (pm)H-H 432 74H-B 389 119H-C 411 109H-Si 318 148H-Ge 288 153H-Sn 251 170H-N 386 101H-P 322 144H-As 247 152H-O 459 96H-S 363 134H-Se 276 146H-Te 238 170H-F 565 92H-Cl 428 127H-Br 362 141H-I 295 161
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Pero y que pasa cuando tenemos un compuesto Pero y que pasa cuando tenemos un compuesto que no es una molcula que no es una molcula diatmicadiatmica??
Consideremos la disociacin del metano:Consideremos la disociacin del metano:
Aqu tenemos cuatro enlaces Aqu tenemos cuatro enlaces CC--HH equivalentes, de equivalentes, de manera que la energa de disociacin de uno manera que la energa de disociacin de uno solo ser:solo ser:
DD(C(C--H)H) = (1660/4) = (1660/4) kJkJ/mol = 415 /mol = 415 kJkJ/mol/mol
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Al medir el H0 de una molcula diatmica, no puede haber duda del resultado
En cambio si la molcula es poliatmica, existen problemas de interpretacin.
Si hay ms de un enlace en la molcula, se mide la energa total de ionizacin y se divide entre el nmero de enlaces de la molcula
Es decir consideramos la energa promedio
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La energa de enlace para un enlace cualquiera se ve influido por el resto de la molcula
Sin embargo, este es un efecto relativamente pequeo, esto sugiere que los enlaces estn realmente entre los tomos
Entonces, la energa para la mayora de los enlaces vara poco respecto a la energa promedio para ese tipo de enlace
La energa de enlace siempre es positiva, es decir se requiere energa para romper un enlace covalente, y siempre hay energa liberada cuando se forma un enlace
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De que depende la energa de enlaceDe que depende la energa de enlace
EnlaceEnlace Energa (Energa (kJkJ/mol)/mol)HH--HH 432432ClCl--ClCl 242242HH--ClCl 438438
CC--NN 305305C=NC=N 615615CCNN 887887
HHOO--HH 492492CHCH33OO--HH 432
La energa de enlace no solo es un promedio
La energa depende del orden de enlace
432La energa depende de a quin est unidoEn general se informan promedios
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Distancias de enlaceDistancias de enlace
Obviamente dependern del tipo de enlace, Obviamente dependern del tipo de enlace, un enlace ms fuerte mostrar una un enlace ms fuerte mostrar una distancia menordistancia menor
Enlace Energa(kJ/mol)Distancia (pm)
H-B 389 119
H-C 411 109
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250 300 350 400 450 500 550 600
90
100
110
120
130
140
150
160
170
H-I
H-Br
H-Cl
H-FD
ista
ncia
(pm
)
Energa (kJ/mol)
Distancias de enlaceDistancias de enlaceLa energa de enlace est relacionada con la distancia, por lo tanto con el tamao de los tomos
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S la distancia es muy grande hay enlace?S la distancia es muy grande hay enlace?
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Qu es un enlace largo?Qu es un enlace largo?
El puente de hidrgeno se encuentra en el lmite de un enlace qumico es muy dbil 5 kcal/mol (21 KJ/mol). Algunos autores opinan que es un extremo de una interaccin dipolo-dipolo y que por lo tanto es ms cercano a una interaccin intermolecular que a un enlace qumico formal.
EnlaceEnlace Distancia (Distancia (pmpm))FF--H H F F 240240
NN--H H O O 290290
NN--H H N N 300300
NN--H H S S 340340
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Establecer claras diferencias entre enlaces Establecer claras diferencias entre enlaces intermoleculares e intramolecularesintermoleculares e intramoleculares
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Cuantos compuestos y tipos de enlace existenCuantos compuestos y tipos de enlace existen
El CAS ha indexado aproximadamente cerca de 23 El CAS ha indexado aproximadamente cerca de 23
millones de compuestos y cerca de 47X10millones de compuestos y cerca de 47X1066
secuencias y secuencias y TODOTODO esto son sustancias que forman esto son sustancias que forman
enlaces. Es necesario la sistematizacin y tratar de enlaces. Es necesario la sistematizacin y tratar de
entender la naturaleza por lo que surgen MODELOS entender la naturaleza por lo que surgen MODELOS
que nos ayuden a entender explicar y predecir el que nos ayuden a entender explicar y predecir el
comportamiento de las sustancias. comportamiento de las sustancias.
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Para entender el enlace no solo se ha recurrido a la Para entender el enlace no solo se ha recurrido a la evidencia experimental como distancias y energas de evidencia experimental como distancias y energas de enlace, la qumica los estudia a travs de modelos.enlace, la qumica los estudia a travs de modelos.
InicaNaCl
Cl2Na
MgCl2
AlCl3
SiCl4
PCl5
SCl2
Na2S
Na3P
Na4Si
Na3Al
Na2Mg
Mg Al Si P4 S8Metlica Covalente
MgS
AlP
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Los modelos ms comunesLos modelos ms comunes
Inico Covalente
Son compuestos formados por iones
La naturaleza del enlace es fundamentalmente electrosttica
inico
Son compuestos que forman sus enlaces a partir de compartir
electrones. Pueden formar enlaces polares pero no es de
naturaleza inica
Parmetros de enlace
Modelo de LewisOrbitales molecularesEnlace valenciaEtc.Orden de enlace Hibridacin, etc.
Modelo de Born-LandCiclo Born-HaberEtc.
Energa de red cristalinaH de formacin Etc.
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Polaridad del enlace Polaridad del enlace
Pareciera claro, que cuando dos tomos de un mismo elemento comparten un par de electrones, estos comparten igualmente dichos electrones.
Sin embargo, cuando los tomos son de diferentes elementos, esto no tiene por que ocurrir.
Es decir hay tomos que atraen ms a los electrones que otros.
En todo caso es claro, que los metalesatraen menos a los electrones que los no-metales.
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Polaridad del enlace Polaridad del enlace
Un concepto muy til para describir como comparten sus electrones un par de tomos es el de polaridad del enlace
Podemos definir los enlaces covalentes usando este concepto as:
Un enlace covalente no-polar es aquel en el cual los electrones estn compartidos igualmente por los dos tomos Un enlace covalente polar es aquel donde uno de los tomos tiene mayor atraccin por los electrones que el otroSi esta atraccin relativa es suficientemente grande, el enlace es un enlace inico
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Electronegatividad
Segn Pauling (1932), es la medida de la tendencia que tiene un tomo en una molcula de atraer a los electrones hacia s
Y la estima a partir de las energas de enlace o energas de disociacin de diversas sustancias, empleando esta expresin:
Donde AB es la diferencia de electronegatividad entre los dos tomos
( ) ( ) ( ) ABD A B D A A D B B = + + 12
A B AB. = 0 208
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ElectronegatividadElectronegatividad
La La electronegatividadelectronegatividad se designa con la letra se designa con la letra griega griega
El Flor es el elemento ms electronegativo: El Flor es el elemento ms electronegativo: electronegatividad = 4.0electronegatividad = 4.0El Cesio es el por su parte es el menos El Cesio es el por su parte es el menos electronegativoelectronegativoelectronegatividad = 0.6electronegatividad = 0.6
Ntese que estos son los elementos que Ntese que estos son los elementos que estn en las esquinas diagonales de la tabla estn en las esquinas diagonales de la tabla peridicaperidica
Principio de igualacin de la electronegatividadPrincipio de igualacin de la electronegatividadToda especie qumica tiende a asociarse con Toda especie qumica tiende a asociarse con otra, de manera que al hacerlo, ambas otra, de manera que al hacerlo, ambas promedian su electronegatividadpromedian su electronegatividad
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Tendencias generales de la Tendencias generales de la
La La electronegatividadelectronegatividad crece de izquierda a derecha a lo largo de un crece de izquierda a derecha a lo largo de un periodo periodo
Para los elementos representativos (bloques Para los elementos representativos (bloques ss y y pp) crece al subir en una ) crece al subir en una familia familia
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Electronegatividad y polarizacinElectronegatividad y polarizacinPodemos usar la diferencia en la electronegatividad Podemos usar la diferencia en la electronegatividad entre entre
dos dos tomos para conocer la polaridad de su enlace:tomos para conocer la polaridad de su enlace:
En elEn el FF22 los electrones estlos electrones estn compartidos igualmente entre n compartidos igualmente entre los dos los dos tomostomosEl enlace es covalente noEl enlace es covalente no--polarpolar
En elEn el HFHF el el tomo detomo de flfloror tiene mayor electronegatividad tiene mayor electronegatividad que el que el tomo detomo de hidrhidrgenogeno
CompuestoCompuesto FF22 HFHF LiFLiF = (= ()) 4.04.0-- 4.0=04.0=0 4.04.0--2.1=1.92.1=1.9 4.04.0--1.0=3.01.0=3.0
TipoTipoCovalente noCovalente no--
polarpolarCovalente Covalente
polarpolarIIniconico
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Electronegatividad y polarizacinElectronegatividad y polarizacinLos electrones no se comparten igualmente, el Los electrones no se comparten igualmente, el tomo de fltomo de flor or
atrae matrae ms densidad electrs densidad electrnica que el nica que el tomo detomo de HHEl enlace es covalente polarEl enlace es covalente polar..
En elEn el LiFLiF, , la electronegatividad del la electronegatividad del tomo de fltomo de flor es or es suficientemente grande como para despojar suficientemente grande como para despojar completamente de su electrcompletamente de su electrn al litio y el resultado es n al litio y el resultado es Un enlace iUn enlace iniconico
El enlace enEl enlace en HH--FF puede representarse aspuede representarse as::
Los sLos smbolosmbolos ++ y y -- indican las cargas parciales positiva y indican las cargas parciales positiva y negativa respectivamente. negativa respectivamente.
La flecha indica hacia donde jalan los electronesLa flecha indica hacia donde jalan los electrones
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Porcentaje de carcter inico y Porcentaje de carcter inico y PaulingPauling mismo, deriva una relacimismo, deriva una relacin entre el carn entre el carcter icter inico y la nico y la
electronegatividad de una grelectronegatividad de una grfica de la diferencia de electronegatividad fica de la diferencia de electronegatividad vs.vs. el porcentaje de carel porcentaje de carcter icter iniconico
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.50
20
40
60
80
100
% C
arc
ter I
nic
o
Diferencia de electronegatividad ()
( )( ){ }A BCI e% = 141 100
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Retomando la observacin experimentalRetomando la observacin experimental
EnlaceEnlace Energa (Energa (kJkJ/mol)/mol)HH--HH 432432ClCl--ClCl 242242HH--ClCl 438438
= 0.96 Quiere decir que es covalente pero polar
H Cl+
0
Parmetros de enlaceQue es un enlace qumico?Como est una molcula a diferentes temperaturas?Fuerza de enlaceLos parmetros por excelenciaDe que depende la energa de enlaceDistancias de enlaceS la distancia es muy grande hay enlace?Qu es un enlace largo?Establecer claras diferencias entre enlaces intermoleculares e intramolecularesCuantos compuestos y tipos de enlace existenPara entender el enlace no solo se ha recurrido a la evidencia experimental como distancias y energas de enlace, la qumica lLos modelos ms comunesRetomando la observacin experimental