Propiedades de los enlaces y de las moléculas

Propiedades de los enlaces y
de las moléculas
Dr. Enrique Ruiz Trejo
Las leyes fundamentales necesarias para el tratamiento
matemático de gran parte de la física y para toda la
química ya son conocidas y las dificultades yacen
únicamente en el hecho de que la aplicación de estas
leyes conduce a ecuaciones que son demasiado
complejas para ser resueltas.
Paul Dirac
Orden de enlace
 Lewis-Gillespie
 Número de pares electrónicos involucrados
Enlace
Molécula
Simple
F-F
Orden de
enlace
1
Doble
O=O
2
triple
N≡N
3
1
Orden de enlace
Orden de enlace:
1
Orden de enlace:
2
Longitudes de enlace
Molécula
Enlace
Distancia (Å)
H2
F2
Cl2
H-H
F-F
Cl-Cl
0.74
1.44
1.99
I2
HF
HCl
I-I
H-F
H-Cl
2.67
0.92
1.27
HBr
HI
O2
H-Br
H-I
O=O
1.41
1.60
1.21
N2
N_N
1.09
Radio covalente para moléculas homonucleares: 1/2 de la distancia de
enlace covalente.
Los radios covalentes son aproximadamente aditivos
H-H
0.37 Å
Cl-Cl
1.00 Å
H-Cl
~1.37 Å (1.27 Å) (depende del traslape de orbitales)
Más pares electrónicos⇒menor distancia internuclear
2
Energía de enlaces (kcal/mol)
H
H
C
N
C
N
O
F
104.6
98.88
83.52 —
146.88 =
194.00 ≡
93.12
73.20 —
147.12 =
213.6
≡
39.12 —
98.16 =
227.04 ≡
O
111.1
86.40 —
178.32 =
37.68
35.04 —
119.28 =
F
135.6
116.16
64.8
44.4
37
Energías de enlace
H2(g) → 2H(g)
Cl2(g) → 2Cl(g)
Energía de enlace: Entalpía necesaria para
romper un enlace específico
ΔH=+104 kcal/mol
Proceso endotérmico: se requiere energía
ΔH = +58 kcal/mol
Proceso endotérmico
(El proceso inverso es exotérmico)
3
Reacción endotérmica y reacción exotérmica
Átomos
Átomos
Se forman
enlaces
Se
rompen
enlaces
Se
rompen
enlaces
Reactivos
ΔHo
Reactivos
Se forman
enlaces
ΔHo
Entalpía aproximada para una reacción:
∆H0=E total proporcionada para romper enlaces +Etotal liberada para formar enlaces
Problema
 Encuentre el cambio aproximado de entalpía
para la combustión del gas hidrógeno:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
∆H0=E total proporcionada para romper enlaces +Etotal liberada para
formar enlaces
4
Solución
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
Enlaces que se
rompen
Número de
enlaces rotos
Energía promedio
p/enlace
(kcal/mol)
Cambio de
energía total
(kcal)
H-H (H2)
2
104.6
209.2
O=O (O2)
1
119.28
119.28
Enlaces que se
Número de
enlaces formados
Energía promedio
p/enlace
(kcal/mol)
Cambio de
energía total
(kcal)
4
111.1
-444.4
forman
O-H (H2O)
Epara romper enlaces = 209.2 kcal/mol + 119.28 kcal/mol = 328.48 kcal/mol
Eliberada al formar enlaces = - 444.4 kcal/mol
ΔHo reacción: - 444.4 + 328.48 = -115.92 kcal/mol
Para aquellos que ya llevaron
termodinámica…
La entalpía de una reacción está definida como:
∆H0 =∑m∆Hf0 (productos) - ∑n∆Hf0 (reactivos)
m, n son coeficientes estequiométricos
∆Hf0 es la entalpía estándar de formación
Determinar entalpía de la reacción de formación
de agua y comparar...
5
Constantes de fuerza de los enlaces
F = kx
f=número de vibraciones completas por segundo
k= constante del resorte
m=m1m2/(m1+m2)
Enlace
Molecula
k (Nm-1)
H-F
HF
970
O-H
H2O
840
N-H
NH3
710
C-H
CH4
580
C=O
CO2
1730
Moléculas poliatómicas: los diferentes enlaces vibran
“acoplados” (no son independientes)
http://neon.otago.ac.nz/chemlect/chem306/pca/IR_Raman/images/diatomic_spring.jpg
Problema
 ¿Cuántas veces oscila un enlace OH
en un segundo?
6
Tendencia general
 Mayor orden de enlace
 Mayor energía y k del enlace
 Menor distancia de enlace
 Menor orden de enlace
 Menores energía y k
 Mayor distancia de enlace
Polaridad de un enlace
Δχ
Covalente puro
Electrones
copartidos por
igual
Covalente polar
Electrones
compartidos
desigualmente
Iónico
Transferencia de
electrones
http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/476/488316/Instructor_Resources/Chapter_10/FG10_06.JPG
7
Enlace polar
H
Cl
Dipolo eléctrico: sistema con dos cargas iguales y signos opuestos
Momento dipolar: µ=qr
Debye 1 D = 3.338x10-30 C m
Moléculas polares en un campo
eléctrico
http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH10/FG10_08a.JPG
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Moléculas polares
Amoniaco
Agu
a
Dipolo eléctrico grande del agua:
poder disolvente
http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter10/Text_Images/FG10_01-03UN.JPG
Moléculas no polares
http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter10/Text_Images/FG10_01-01UN.JPG
http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter10/Text_Images/FG10_01-03UN.JPG
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Cis y trans dicloroetileno
µ= 0
D
µ = 1.89 D
Momento dipolar
Molécula
geometría
µ (D)
HF
lineal
1.92
HCl
lineal
1.08
HBr
lineal
0.78
HI
lineal
0.38
H2O
angular
1.87
H2S
angular
1.10
10
Problemas
 ¿Cuál de las siguientes moléculas es
polar?
 IBr
 BF3
 CH2Cl2
Polaridad y reactividad
Mecanismo de reacción de metanal con metanol y HCl
gaseoso para la formación de hemiacetales.
http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/hemiacetalofmethanal.gif
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Mecanismos de reacción:
Sustitución SN2
Bromuro de metilo + ión amonia.
http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/halides.html
Mecanismos de reacción:
Eliminación E2
Formación de eteno
http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/halides.html
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Hidrólisis de un éster en
condiciones ácidas
http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/halides.html
Más problemas
 Predecir geometría y polaridad






Cl2O
[ClO3]BrF5
[NO3][NH4+]
O3
http://chemistry.boisestate.edu/rbanks/organic/hemiacetalofmethanalreview.htm
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