Tema 3 : Enlace covalente Contents
Anuncio
Química 2009-10 Tema 3 : Enlace covalente Francisco García Calvo-Flores Contents 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 F. G. Calvo-Flores Enlace covalente Teoría de Lewis Electronegatividad y potencial elestrostático Teoría de repulsión de pares de e de valencia Teoría de enlaces de valencia Hibridación Enlaces del Carbono Orbitales moleculares Enlace metálico Enlace y propiedades Tema 3 Diapositiva 2 de 76 1 Química 2009-10 Enlace covalente • Resultante del hecho de compartir electrones • Fuerza resultante entre fuerzas atractivas electrones-núcleos y repulsivas electrónelectrón y núcleo-núcleo F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 3 de 76 Diagrama de energía potencial F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 4 de 76 2 Química 2009-10 Teoría de Lewis • Electrones de valencia juegan un papel fundamental. • Transferencia T f i total t t l de d e- lleva ll a enlaces iónicos • Compartir e- lleva a enlaces covalentes • Los átomos tienden a adquirir la configuración de gas noble por transferencia o compartición (teoría del octeto) F. G. Calvo-Flores Gilbert Newton Lewis (1875 –1946) Tema 3 Slide 5 of 43 Símbolos de Lewis • El símbolo del elemento representa el núcleo y los electrones que rodena al núcleo salvo l e- de los d valencia. l i • Con puntos se representan los e- valencia. • • Si • • F. G. Calvo-Flores •• • As • • • •• • Se • • •• I •• Tema 3 •• • Bi • • •• • Sb • • • •• Ar •• • Al • • •• P• •• • •• •• •N• • •• Diapositiva 6 de 76 3 Química 2009-10 Estructuras de Lewis en compuestos iónicos •• • Cl •• 2+ •• •• 2- •• O •• Ba •• 2 Cl •• - •• •• • Cl •• 2+ Mg •• • Mg • •• • O• •• •• MgCl2 • Ba• •• BaO F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 7 de 76 Enlaces covalentes F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 8 de 76 4 Química 2009-10 Elementos que forman moléculas diatómicas F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 9 de 76 Enlaces covalentes coordinados + H Cl H N H H F. G. Calvo-Flores •• Cl •• - •• •• H N H •• H H Tema 3 Diapositiva 10 de 76 5 Química 2009-10 Enlaces múltiples • • C• • • • • • •• •• •• • • •• • •• •• •• •• •• O C O O C O •• • O C O •• •• •• • •O •• •• • O• •• • Enlace doble • Enlace triple • •N • • F. G. Calvo-Flores • • •• N N •• •• N N • • •• •• •• •• • • N N Tema 3 •• • N• Diapositiva 11 de 76 Carga formal • • • • Cf = V–(N + ½ P) V = número ú dde electrones l de d valencia l i N = número de electrones no enlazantes P = número de electrones compartidos F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 12 de 76 6 Química 2009-10 Estructuras de Lewis • Se representan todos los electrones de valencia . • Los electrones selen estar apareados • Los átomos suelen estar rodeados de ocho electrones salvo el H que lo está de dos • Se representan los enlaces multiples – C, N, O, S, P. F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 13 de 76 Estructura desarrollada • Átomo/s central/el y atomo/s terminal/es H H C H H C O H H • Los hidrógenos son siempre terminales • Los átomos centrales tienen la menor electronegatividad • El carbono es siempre central • Generalmente la estructuras son compactas y simétricas F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 14 de 76 7 Química 2009-10 Resonancia • Moléculas que se representan con más de una estructura de Lewis •• - •• ••+ •• - ••+ •• O O O •• •• •• •• O O O •• •• ••+ •• -½ -½ •• O O O •• •• F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 15 de 76 Excepciones a la regla del octeto • Especies con un nº de e- impar. •• •• • N=O •• H •• O—H O H •• • • H C H H—C—H F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 16 de 76 8 Química 2009-10 Excepciones a la regla del octeto • Octetos Incompletos F •• + •• BF + F F. G. Calvo-Flores F Tema 3 F •• B F F •• •• •• •• •• •• F B - F Diapositiva 17 de 76 Excepciones a la regla del octeto • Octetos expandidos. P Cl Cl •• Cl F S F F F F •• Cl P Cl •• •• •• •• Cl •• F •• •• Cl •• •• Cl •• F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 18 de 76 9 Química 2009-10 Capas de valencia expandidas F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 19 de 76 Electronegatividad F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 20 de 76 10 Química 2009-10 Porcentaje de enlace iónico F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 21 de 76 Mapas de potencial electrostático NaCl δ+ H Iónico Cl δ- Covalente polar Cl2 Covalente no polar HCl F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 22 de 76 11 Química 2009-10 Teoría de repulsión de pares de e de valencia • VSEPR: Valence-Shell Electron-Pair Repulsion model • Los pares de electrones que forman parte de los enlaces covalentes o pares no enlazantes repelen adoptando una posición que g de repulsión p minimice la energía F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 23 de 76 Modelo de globos F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 24 de 76 12 Química 2009-10 Sistema de dos pares de e- F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 25 de 76 Sistema de tres pares de e- Tres pares enlazantes Dos pares enlazantes F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 26 de 76 13 Química 2009-10 Sistema de cuatro pares de e- F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 27 de 76 Sistema de cinco pares de e- F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 28 de 76 14 Química 2009-10 Sistema de cinco pares de e- F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 29 de 76 Sistema de seis pares de e- F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 30 de 76 15 Química 2009-10 Sistema de seis pares de e- F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 31 de 76 Resumen Pares de eEnlazantes F. G. Calvo-Flores no enlazantes geometría Tema 3 Diapositiva 32 de 76 16 Química 2009-10 Resumen Pares de eEnlazantes no enlazantes F. G. Calvo-Flores geometría Tema 3 Diapositiva 33 de 76 Resumen Pares de eEnlazantes no enlazantes F. G. Calvo-Flores geometría Tema 3 Diapositiva 34 de 76 17 Química 2009-10 Longitud de enlace F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 35 de 76 Energías de enlace F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 36 de 76 18 Química 2009-10 Energías de enlace F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 37 de 76 Teoría de enlaces de valencia • Modelo mecano-cuántico de teoría de enlace • Los L enlaces l se dan d por solapamiento l i t de d orbitales atómicos • Loa átomos conserva sus orbitales pero los electrones está compartidos entre los átomos • Cuanto mayor es el solapamiento más fuerte es el enlace • No justifica ciertas geometrías F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 38 de 76 19 Química 2009-10 Enlaces de valencia Enlaces sigma (σ) F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 39 de 76 Hibridación • Caso del metano CH4 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 40 de 76 20 Química 2009-10 Hibridación sp3 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 41 de 76 Hibridación sp3 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 42 de 76 21 Química 2009-10 Hibridación sp3: metano F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 43 de 76 Metano y amoniaco F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 44 de 76 22 Química 2009-10 Estructura del agua F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 45 de 76 Hibridación sp2 (Boro) F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 46 de 76 23 Química 2009-10 Hibridación sp2 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 47 de 76 Hibridación sp2 para el carbono F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 48 de 76 24 Química 2009-10 Hibridación sp (berilio) F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 49 de 76 Otras hibridaciones F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 50 de 76 25 Química 2009-10 Enlaces del C • El carbono puede formar enlaces consigo mismo – Sencillos C-C – Dobles C=C – Triples C≡C • Cade Cadenas as y ciclos c c os • Con otros elementos – H, O, N, X, Metales C F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 51 de 76 Hibridación sp3 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 52 de 76 26 Química 2009-10 Hibridación sp3 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 53 de 76 Hibridación sp3 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 54 de 76 27 Química 2009-10 Hibridación sp3 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 55 de 76 Hibridación sp2 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 56 de 76 28 Química 2009-10 Hibridación sp2 : enlaces dobles F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 57 de 76 Hibridación sp2 : enlaces dobles F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 58 de 76 29 Química 2009-10 Hibridación sp : enlaces triples F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 59 de 76 Enlace triple en el C F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 60 de 76 30 Química 2009-10 Longitudes y ángulos de enlace F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 61 de 76 Con hibridación sp3 C-C , C-H,, C-X,, C-O,, C-S,, C-N Con hibridación sp2 C=C, C=O, C=N, C=S Con hibridación sp -CΞC, -CΞN, F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 62 de 76 31 Química 2009-10 Teoría de orbitales moleculares • Orbitales atómicos: –F Función ió dde onda d all cuadrado d d describe d ib la l probabilidad de encontrar al electrón en un átomo dado • Orbital molecular: – Función de onda al cuadrado describe la probabilidad de encontrar al electrón en una molécula F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 63 de 76 Orbitales moleculares • Combinación lineal de orbitales atómicos – Ψ1 = φ1 + φ2 F. G. Calvo-Flores Ψ2 = φ1 - φ2 Tema 3 Diapositiva 64 de 76 32 Química 2009-10 Molécula de Hidrógeno F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 65 de 76 Orden de enlace • Las moléculas estables tienen un mayor nº de electrones enlazantes que antienlazantes Orden de enlace = F. G. Calvo-Flores (nº e- enlazantes – nº e- antienlazantes) 2 Tema 3 Diapositiva 66 de 76 33 Química 2009-10 Orbitales implicados • El primer periodo: – sólo se usan orbitales s • Segundo periodo: – se usan orbitales s y p • Solapamiento con orbitales p – Uniones sigma (σ) – Uniones pi (π) F. G. Calvo-Flores Tema 3 Slide 67 of 43 Combinación de orbitales p F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 68 de 76 34 Química 2009-10 OM primer periodo OE = (e-enlaz. - e-antienlaz )/2 OEH += (1-0)/2 = ½ 2 OEH = (2-0)/2 = 1 2 OEHe + = (2-1)/2 = ½ 2 OEHe = (2-2)/2 = 0 2 F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 69 de 76 OM en moléculas heteroatómicas F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 70 de 76 35 Química 2009-10 Enlace metálico • Teoría del mar de electrones Fuerza aplicada F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 71 de 76 Enlace metálico • Teoría de bandas – Extensión E t ió teoría t í OM • N/2 están llenos Banda de valencia. • N/2 están vacíos. Banda de conducción F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 72 de 76 36 Química 2009-10 Conductores y no conductores F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 73 de 76 Semiconductores F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 74 de 76 37 Química 2009-10 Propiedades de las sustancias iónicas • Las sustancias iónicas se encuentran en la naturaleza formando redes cristalinas, por tanto son sólidas. • Su dureza es bastante grande, y tienen por lo tanto puntos de fusión y ebullición altos. • Son solubles en disolventes polares como el agua. agua • Disueltos o fundiados tienen una conductividad alta. F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 75 de 76 Propiedades de los compuestos covalentes. • Los compuestos covalentes suelen presentarse en estado líquido o gaseoso aunque también pueden ser sólidos. • Sus puntos de fusión y ebullición no suelen ser elevados. • La solubilidad de estos compuestos es elevada en disolventes polares, y nula su capacidad conductora. • Los sólidos covalentes macromoleculares, tienen altos puntos de fusión y ebullición, son duros, malos conductores y en general insolubles. F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 76 de 76 38 Química 2009-10 Propiedades de los metales • Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus puntos de fusión y ebullición b lli ió varían í notablemente. t bl t • Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas. • Presentan brillo metálico. • Son dúctiles y maleables. • Pueden emitir electrones cuando reciben energía en forma de calor. F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 77 de 76 39
