ENLACES Y COMPUESTOS QUÍMICOS, ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL E INTERACCIONES INTERMOLECULARES PDF

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SERIE 4: ENLACES Y COMPUESTOS QUÍMICOS, ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL E INTERACCIONES INTERMOLECULARESMaterial adaptado de Química Básica 6ta edición de Di Risio, Roverano y Vazquez y Química 10ma edición de Raymond Chang.ENLACES QUÍMICOS - Conceptos mínimos Cuando los átomos interactúan para formar un ...

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SERIE 4: ENLACES Y COMPUESTOS QUÍMICOS, ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL E INTERACCIONES INTERMOLECULARES Material adaptado de Química Básica 6ta edición de Di Risio, Roverano y Vazquez y Química 10ma edición de Raymond Chang.

ENLACES QUÍMICOS - Conceptos mínimos Cuando los átomos interactúan para formar un enlace químico sólo entran en contacto los electrones de valencia (es decir, los más externos). Los símbolos de Lewis permiten representar esos electrones de valencia mediante la escritura del símbolo del elemento y un punto por cada electrón de valencia de un átomo del elemento. Los elementos de un mismo grupo poseen configuraciones electrónicas externas similares y, en consecuencia, también se asemejan sus símbolos de Lewis. Sin embargo, para el caso de los metales de transición, lantánidos y actínidos que tienen capas internas incompletas, en general, no es posible escribir sus símbolos de Lewis de manera sencilla. La electronegatividad se define como la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico. Esta propiedad se pone en juego cuando dos o más átomos están formando una unión química. Los elementos con electronegatividad alta tienen más tendencia para atraer electrones que los elementos con electronegatividad baja. Los átomos de los elementos se combinan entre sí a través de la formación de enlaces químicos. Existen tres tipos de enlaces (o uniones) químicas: enlaces metálicos, enlaces iónicos y enlaces covalentes: - El enlace metálico, como su nombre lo indica, se da en los metales. Es un enlace muy fuerte que se forma entre elementos de la misma especie. Dada la baja electronegatividad de los metales, los electrones se encuentran libres y forman nubes electrónicas en movimiento alrededor de los núcleos. Esta movilidad en los electrones explica la característica elevada conductividad eléctrica y térmica de los metales. - El enlace iónico ocurren entre iones de carga opuesta que son atraídos por fuerzas electrostáticas y forman como resultados los compuestos iónicos. Los átomos de los elementos con baja electronegatividad tienden a formar cationes mientras que los que tienen alta electronegatividad tienden a formar aniones. En general, por regla, se dice que el enlace es iónico cuando la diferencia de electronegatividad es mayor o igual a 2. - El enlace covalente ocurren cuando dos átomos comparten un par de electrones y forman moléculas. En general, se da entre átomos de elementos de alta electronegatividad cuya diferencia es menor a 2. La regla del octeto (propuesta por G.N. Lewis) indica que un átomo (diferente del hidrógeno) tiende a formar enlaces covalentes hasta que se rodea de ocho electrones de valencia (OJO! Hay excepciones a esta regla). En este sentido, existen distintos tipos de enlaces covalentes dependiendo del número de pares de electrones compartidos: - Enlace covalente simple: se comparte un par de electrones. - Enlace covalente doble: se comparte dos pares de electrones. - Enlace covalente triple: se comparte tres pares de electrones. - Enlace covalente coordinado o dativa: el par de electrones es dado por sólo uno de los dos átomos una vez que completó su octeto. Para representar los enlaces covalentes se utilizan las estructuras de Lewis donde el par de electrones compartidos se indica con líneas o como pares de puntos entre dos átomos, y los pares libres no compartidos se indican como pares de puntos en los átomos individuales. Al igual que en los símbolos de Lewis, sólo se muestran los electrones de valencia. A su vez, el enlace covalente puede ser polar o no polar dependiendo de la diferencias de electronegatividad de los átomos que lo forman: - Un enlace covalente es no polar cuando los electrones se comparten en forma equitativa, es decir, la diferencia de electronegatividad entre los átomos es nula o casi 0). - Un enlace covalente es polar cuando los electrones pasan más tiempo alrededor de un átomo que del otro (más tiempo alrededor del elemento más electronegativo). Como consecuencia del “reparto desigual” del par de electrones de enlace, alrededor del átomo más electronegativo hay una densidad de carga negativa, mientras que alrededor del átomo menos electronegativo hay una densidad de carga positiva. Por esta razón, decimos que el enlace es polar en alusión a la formación de dos polos.

Para profundizar estos conceptos altamente recomendamos leer el libro de Química 10ma edición de Raymond Chang (Capítulo 9) y/o el libro Química Básica 5ta edición de Cecilia Di Risio (Capítulo 5).

ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LAS MOLÉCULAS - Conceptos mínimos La geometría molecular se refiere a la disposición tridimensional de los átomos de una molécula. La geometría de una molécula afecta sus propiedades físicas y químicas (el punto de fusión, el punto de ebullición, la densidad y el tipo de reacciones en que pueden participar). La geometría molecular puede ser especificada en términos de longitud de enlace, ángulo de enlace y ángulo torsional. La longitud de enlace está definida como la distancia media entre los centros de dos átomos enlazados en una molécula dada. Un ángulo de enlace es el ángulo formado por tres átomos enlazados consecutivamente. Si bien, la longitud y el ángulo de los enlaces se deben determinar experimentalmente, existe un modelo sencillo que permite anticipar la geometría de las moléculas o iones con buena predictibilidad, si conocemos el número de electrones que rodean al átomo central, según su estructura de Lewis. Este modelo es la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TRePEV) propuesta en por R. Gilliespie y R.S. Nyholm en 1957. Esta teoría se basa sobre la suposición de que los pares de electrones de valencia de un átomo se repelen entre sí. En un enlace covalente, el par de electrones que participa en la unión se denomina par enlazante o par compartido y es el responsable de mantener dos átomos juntos. Por otro lado, llamamos par no enlazante o par libre al par de electrones de valencia que no participa en la unión. En una molécula poliatómica, donde hay dos o más enlaces entre el átomo central y los átomos que lo rodean, la repulsión entre los electrones de los diferentes pares enlazantes hace que se mantengan lo más alejados que sea posible. La geometría que finalmente adopta la molécula (definida por la posición de todos los átomos) es aquella en la que la repulsión es mínima. Los postulados principales de TRePEv son: 1. Los electrones de valencia del átomo central de una molécula o ion, en general, se distribuyen de a pares a su alrededor. 2. Los pares electrónicos se repelen entre sí. Por eso, se orientan de tal modo que ocupan en el espacio las posiciones que se encuentren a la mayor distancia posible, lo que reduce al mínimo la repulsión entre ellos, para lograr una mayor estabilidad en la molécula. 3. Los pares de electrones libres (o pares no enlazantes) se repelen con mayor intensidad que los pares compartidos y su nube ocupa más espacio. 4. El efecto sobre la geometría de los pares compartidos simples (comunes o dativos), dobles o triples es equivalente. Para predecir la geometría de una molécula a partir la aplicación del modelo TRePEV uno tiene que: 1. Escribir la estructura de Lewis de la molécula, considerando únicamente los pares de electrones alrededor del átomo central (es decir, el átomo que está unido al resto de ellos). 2. Determinar el número y el tipo de pares de electrones que rodean al átomo central (pares enlazantes y pares libres). Los enlaces dobles y triples se consideran como si fueran enlaces simples. 3. Evaluar la distribución global de los pares de electrones y predecir la geometría de la molécula. 4. Para predecir los ángulos de enlace observe que un par libre repele a otro par libre o a un par enlazante con más fuerza de lo que un par enlazante repele a otro par enlazante. Una medida cuantitativa de la polaridad de un enlace es su momento dipolar (µ), que es el producto vectorial de la carga Q por la longitud r entre las cargas: │µ│= Q x r. En el caso de las moléculas, para saber si son polares o no polares hay que tener en cuenta la polaridad de sus enlaces y la geometría de la misma. El momento dipolar de una molécula diatómica será igual al momento dipolar de su único enlace. En cambio, el momento dipolar de una molécula formada por tres o más átomos estará determinado por la suma vectorial de los momentos dipolares de sus enlaces teniendo en cuenta la geometría molecular. Así, la presencia de enlaces polares no necesariamente implica que la molécula presente un momento dipolar, es decir, sea polar.

Para profundizar estos conceptos altamente recomendamos leer el libro de Química 10ma edición de Raymond Chang (Capítulo 10) y/o el libro Química Básica 5ta edición de Cecilia Di Risio (Capítulo 6).

INTERACCIONES MOLECULARES – Conceptos mínimos Las fuerzas intermoleculares son fuerzas que ocurren entre moléculas y son las principales responsables de las propiedades macroscópicas de la materia (por ejemplo, punto de fusión y punto de ebullición). Estas fuerzas se diferencian de las fuerzas intramoleculares que son aquellas que mantienen juntos los átomos de una molécula (es decir, ocurren dentro de las moléculas). Para comprender las propiedades de la materia es necesario entender los diferentes tipos de fuerzas intermoleculares. Las fuerzas dipolo-dipolo y las fuerzas de dispersión (o de London) integran lo que los químicos denominan fuerzas de van der Waals. Los iones y dipolos se atraen entre sí mediante fuerzas electrostáticas conocidas como fuerzas iondipolo. El puente o enlace de hidrógeno es un tipo de interacción dipolo-dipolo particularmente fuerte. Como sólo unos pocos elementos participan en la formación del puente de hidrógeno, se trata como una categoría aparte. - Fuerzas de dispersión o de London: estas fuerzas de atracción se generan a partir de los dipolos temporales inducidos en los átomos o moléculas. Estas fuerzas dependen de la polarizabilidad del átomo o molécula, es decir, de qué tan fácil se distorsiona la nube electrónica que rodea al átomo (o la molécula). En general, un átomo o molécula tiende a ser más polarizable a medida que aumenta el número de electrones, y por lo tanto, a medida que aumenta su masa molar. Están presenten en todas las moléculas (polares o no polares). - Fuerzas dipolo-dipolo: estas fuerzas de atracción se generan sólo entre moléculas polares. Su origen es electrostático, por lo tanto, a mayor momento dipolar mayor será la fuerza. - Fuerzas ion-dipolo: estas fuerzas de atracción son las que atraen entre sí a un ion (ya sea un catión o un anión) y a una molécula polar. La intensidad de la interacción depende de la carga y tamaño del ion así como de la magnitud del momento dipolar y del tamaño de la molécula. - Puente de hidrógeno: es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo entre el átomo de hidrógeno de un enlace polar, como N—H, O—H o F—H, y un átomo electronegativo de O, N o F. La comparación de los distintos tipos e intensidades de las fuerzas intermoleculares en moléculas diferentes nos permite explicar las diferencias que se observan experimentalmente en algunas de sus propiedades físicas (punto de fusión y punto de ebullición). La solubilidad (ó miscibilidad) es un término usado en química que se refiere a la propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una disolución. Para predecir si un líquido es soluble en otro hay que analizar qué fuerzas intermoleculares pueden presentarse entre los dos líquidos. Para profundizar estos conceptos altamente recomendamos leer el libro de Química 10ma edición de Raymond Chang (Capítulo 11) y/o el libro Química Básica 6ta edición de Cecilia Di Risio (Capítulos 5 y 6)....