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Alejandro Solano-PeraltaFacultad de Estudios Superiores Cuautitlán, UNAM
El enlace químico• Las átomos pueden formar enlaces por
compartición de electrones
Dos electrones compartidos forman un enlace simple.
• Los átomos pueden compartir 1, 2 o 3 pares de electrones
Formando enlaces simples, dobles o triples,
• Otros tipos de enlace son formados por átomos cargados (iónico) y átomos metálicos (metálico).
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Teoría de enlace valencia Las funciones solución como combinaciones lineales
de las funciones de onda (orbitales) de un átomo que describen los dos estados posibles.
2211uv cc Ψ
Teoría de enlace valencia Dos formas en que se encuentra un mínimo:
1cc
1cc
21
21
21
21
)(2
1
)(2
1
21
21
3
Teoría de enlace valencia Dos formas en que se encuentra un mínimo:
1cc
1cc
21
21
)2(2
121
22
21
2
)2(2
121
22
21
2
Orbitales Moleculares
Si hay orbitales en los átomos, ¿por qué no ha de haber orbitales en las moléculas?
Para que haya orbitales en las moléculas es necesario construir funciones de onda monoelectrónicas para las moléculas.
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Orbitales Moleculares (2)Para que haya orbitales en las moléculas es
necesario construir funciones de onda mono -electrónicas para las moléculas.
Orbitales Moleculares (3)Los orbitales moleculares se construyen
mediante una combinación lineal de orbitales atómicos (Método LCAO) de los átomos que forman parte de la molécula.
Todos los átomos de la molécula contribuyen con sus orbitales atómicos para formar los orbitales moleculares.
...ccN B2A1OM
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Orbitales Moleculares (4)Los electrones que en un principio
correspondían a un átomo al estar en los orbitales atómicos, ahora pertenecen a todos los átomos que forman la molécula al estar en los orbitales moleculares.
...ccN B2A1OM
Orbitales Moleculares (5)Objetivos;
Los objetivos de la teoría de orbitales moleculares es describir moléculas de forma similar a como describimos átomos, esto es, en términos de orbitales, diagramas de energía de los orbitales y configuración electrónica.
...ccN B2A1OM
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Diagrama de energía de la formación de un enlace sigma por traslape orbital
Orbitales Atómicos y MolecularesMezclado de Orbitales Cuando los átomos comparten electrones forman un
enlace, sus orbitales atómicos se mezclan para formar enlaces moleculares . A fin de que estos orbitales se puedan mezclar ellos deben: Tener niveles de energía similares. Tener buen traslape. Estar cercanos.
Este es un ejemplo del mezclado
de orbitales. Los dos átomos
comparten un electrón de su
capa exterior . En este caso.
Ambos orbitales 1s traslapan y
comparten sus electrones de
valencia.
http://library.thinkquest.org/27819/ch2_2.shtml
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Ejemplos de formación de enlace Sigma (s)
Orbitales Atómicos y Moleculares (cont.…)
En átomos, los electrones ocupan orbitales atómicos, pero en moléculas ocupan orbitales moleculares similares en los cuales rodean a la molécula.
Los 2 orbitales atómicos 1s se combinan para formar 2 orbitales moleculares, uno de enlace (s) y uno de antienlace (s*).
http://www.ch.ic.ac.uk/vchemlib/course/mo_theory/main.html
Diagrama de orbitales moleculares
para H2.• Nótese que un electrón
de cada átomo es
“compartido” para
formar un enlace
covalente. Este es un
ejemplo de mezclado de
orbitales.
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Teoría del Orbital Molecular
Cada línea en el diagrama representa un orbital.
El volumen de orbital molecular comprende a la molécula en su totalidad.
Los electrones ocupan los orbitales moleculares de moléculas como lo hacen en los orbitales atómicos de los átomos
Teoría del Orbital Molecular Electrones van en los orbitales de menor energía
disponibles para formar menor energía potencial para la molécula.
El numero máximo de electrones en cada orbital molecular es 2 (principio de exclusión de Pauli )
Un electrón va en orbitales de igual energía, con espín paralelo, antes de empezar a formar pares. (Regla de Hund.)
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Diatómicas homo nucleares La combinación de orbitales 1s da dos valores en la
energía:
Un orbital s1s de enlace (menor energía que los 1s separados)
Un orbital s1s de antienlace (mayor energía que los 1s
separados)
E
Diatómicas homo nucleares
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Diatómicas homo nucleares
Diatómicas homo nucleares La combinación de orbitales 2p da:
Un orbital s2p de enlace.
Un orbital s2p de antienlace.
Dos orbitales 2p de enlace (x, y).
Dos orbitales 2p de antienlace (x
, y)
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Principio de Aufbau para moléculas
De hidrogeno a nitrógeno;
2p s2p
s1s s1s s2s s2s
2px = 2py
s2p 2px = 2py
s2p
E
De oxígeno a neón;
s2p 2p
s1s s1s s2s s2s
s2p 2px =
2py 2px= 2py
s2p
Principio de Aufbau para moléculas
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Diagrama de Orbitales Moleculares (H2)
http://www.ch.ic.ac.uk/vchemlib/course/mo_theory/main.html
H2
Configuración electrónica
(s1s)2
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H2
Configuración electrónica
(s1s)2
Orden de enlace
Orden de enlace (o de unión) = (número de electrones en orbital de enlace - número de electrones en orbital de antienlace) / 2
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H2
OE = (2-0)/2 = 1
H – H
M = 2S + 1 = 2(0) + 1 = 1 Singulete
Propiedades magnéticas
Si la molécula tiene electrones desapareados
paramagnética (es repelida por campos magnéticos).
Si la molécula no tiene electrones desapareados
diamagnética (es atraída por campos magnéticos).
H2 es diamagnética.
¿ H2+?
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H2+
¿Configuración electrónica?
(s1s)1
¿ Orden de enlace?
OE = (1-0)/2 = ½
H2+
¿ Propiedades magnéticas?
Paramagnética
¿Multiplicidad?
M = 2S + 1 = 2(½) + 1 = 2 Doblete
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He2
¿ Orden de enlace?
OE = (2-2)/2 = 0
He2 No existe
He2+
• ¿Configuración electrónica?
(s1s)2 (s1s*)1
• ¿Orden de enlace?
OE = (2-1)/2 = ½
¿Propiedades magnéticas?
Paramagnética
¿Multiplicidad de espín?
M = 2(½) + 1 = 2 Doblete
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Li2
Orden de enlace:
OE = (4-2)/2 = 1
Multiplicidad:
M = 2(0) + 1 = 1 singulete
¿ Propiedades magnéticas?
Diamagnética
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Li2
HOMO (High energy Occupied Molecular Orbit)
orbital molecular ocupado de mayor energía.
LUMO (Low energy Unoccupied Molecular Orbit)
orbital molecular ocupado de menor energía.
Orbitales
Frontera
Be2
• Orden de enlace:
OE = (4-4)/2 = 0
Be2 No existe
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B2
Configuración electrónica
(s1s)2 (s1s*)2 (s2s)2 (s2s*)2
(2px)1 (2py)1
Orden de enlace:
OE = (6-4)/2 = 1
Paramagnética.
M = 2(1) + 1 = 3
Triplete
C2Configuración electrónica
(s1s)2 (s1s*)2 (s2s)2 (s2s*)2
(2px)2 (2py)2
Orden de enlace:
OE = (8-4)/2 = 2 (C= C)
Diamagnética.
M = 2(0) + 1 = 1 Singulete
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N2Configuración electrónica(s1s)
2 (s1s*)2 (s2s)2 (s2s*)2
(2px)2 (2py)2 (s2p)2
Orden de enlace:OE = (10-4)/2 = 3
N NDiamagnética.
M = 2(0) + 1 = 1 Singulete
O2 Configuración electrónica
(s1s)2(s1s*)2(s2s)2(s2s*)2
(s2p)2(2px)2(2py)2
(2px*)1(2py*)1
Orden de enlace:
OE = (10-6)/2 = 2
O= O
¿Multiplicidad?
M = 2(1) + 1 = 3 Triplete
Paramagnética.
La teoría de orbitales
moleculares es la única que
predice el paramagnetismo
del oxígeno.
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Diagrama de OM para O2
http://www.chem.uncc.edu/faculty/murphy/1251/slides/C19b/sld027.htm
O2
M = 2(1) + 1 = 3 Triplete
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Paramagnetismo del O2
F2 Configuración electrónica:
(s1s)2(s1s*)2(s2s)2(s2s*)2(s2p)2(2
px)2(2py)2 (2px*)2(2py*)2
Orden de enlace:
OE = (10-8)/2 = 1
F- F
Diamagnética.
M = 2(0) + 1 = 1
Singulete
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Ne2
• Orden de enlace: OE = (10-10)/2 = 0
Ne2 No existe
Resumen
Molec
.
O. E. OMF
H2 1 HOMO + LUMO
He2 0 Desconocida
Li2 1 HOMO + LUMO
Be2 0 Desconocida
B2 1 HOMO + LUMO
C2 2 HOMO + LUMO
N2 3 HOMO + LUMO
O2 2 HOMO + LUMO
F2 1 HOMO + LUMO
Ne2 0 Desconocida
Especies de orden cero, son
todas desconocidas, mientras
aquellas de orden > 0 son todas
conocidas... Aunque no
necesariamente como
materiales estables a
temperatura ambiente. Especies
diatómicas de Litio, boro y
carbono 'polimerizan' como
materiales metálicos o como
redes covalentes.
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Moléculas diatómicas hetero-nucleares
La teoría OM puede ser usada para describir moléculas
diatómicas heteronucleares & Iones moleculares como:
• LiH Hidruro de Litio
• HF Fluoruro de Hidrógeno
• CO Monóxido de Carbon
• CN– Ion Cianuro
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Moléculas diatómicas hetero-nuclearesComo la diferencia de electronegatividad aumenta, los
orbitales interactuantes tendrán diferentes energías. El
resultado es que la energía de enlace covalente
disminuye, contrario a un incremento en la atracción
electrostática +/– la cual no esta representada en el
diagrama de OM.
Requisitos de los orbitales interactuantes;
• Similar energía
• Igual simetría
Moléculas diatómicas hetero-nucleares (CO)
CO (monóxido de
carbono)
• Orden de enlace:
OE = (6-0)/2 = 3
C O
Singulete
(diamagnética)
Especie isoelectrónica con N2
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Moléculas diatómicas hetero-nucleares (CO)
Diagrama de orbitales
moleculares y trazo de los
orbitales moleculares para la
molécula de CO
Moléculas diatómicas hetero-nucleares (HF)
HF (fluoruro de
hidrógeno)
• Orden de enlace:
OE = (2-0)/2 = 1
H—F
Singulete
(diamagnética)
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Diagrama de Orbitales Moleculares (HF)
http://www.ch.ic.ac.uk/vchemlib/course/mo_theory/main.html
Moléculas diatómicas hetero-nucleares
Los iones diatomicos hetero-
nucleares cianuro , CN–, y
nitrosonio , NO+, son también
isoelectrónicos con dinitrógeno,
N2, y al monóxido de carbono.
La única diferencia entre los
diagramas de OM son las
relativas energías de los
orbitales.
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Orbitales Molecular para moléculas poli-atómicas
El concepto de orbital molecular es extendido a proveer una descripción de la estructura electrónica de una poli-atómicas molécula. Además, la teoría del orbital molecular forma las bases para muchas de las investigaciones teóricas cuantitativas de las propiedades de moléculas grandes.
Orbitales Molecular para moléculas poli-atómicas
En general, un orbital molecular en un sistema poli atómico se extiende sobre todos los núcleos en la molécula. Si comprendemos y predecimos las propiedades espaciales de los orbitales, entonces haremos uso de las propiedades de simetría poseídas por el “esqueleto” nuclear . Un análisis de los orbitales moleculares para la molécula de agua provee una buena introducción a la forma en la cual la simetría de una molécula determina la forma de los orbitales molecular en un sistema poli-atómico.