Subido por pzerotm95

Tema 3-Enlaces COVALENTE

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FUNDAMENTOS QUÍMICOS PARA LA INGENIERÍA
TEMA 3
ENLACE QUÍMICO
FUNDAMENTOS QUÍMICOS PARA LA INGENIERÍA
3. Enlace químico
3.1. Enlace iónico. Energía reticular
3.2. Enlace covalente
3.2.1. Teoría de Lewis
3.2.2. Resonancia
3.2.3. Momento dipolar
3.2.4. Teoría del enlace de valencia
3.2.5. Hibridación de orbitales atómicos: s, p, d
3.2.6. Hibridación en moléculas con dobles y triples enlaces
3.3. Enlace metálico
3.4. Fuerzas intermoleculares
3.4.1. Fuerzas dipolo-dipolo
3.4.2. Fuerzas de dispersión
3.4.3. Enlace de hidrógeno
ENLACE COVALENTE
ENLACE COVALENTE
ENLACE COVALENTE
El enlace covalente se caracteriza por una compartición de pares de
electrones entre dos átomos
Existen
varias
interacciones
electrostáticas en estos enlaces:
- Atracciones entre electrones y
núcleos
- Repulsiones entre electrones
- Repulsiones entre núcleos
ENLACE COVALENTE
Aunque los átomos forman con frecuencia compuestos compartiendo
electrones, no siempre pueden compartirse de forma equitativa.
 El flúor atrae más fuertemente a los electrones que comparte con el
hidrógeno de lo que lo hace el hidrógeno.
 Por lo tanto, el extremo del flúor de
tiene
más
densidad
electrónica
que
del hidrógeno.
la
el
molécula
extremo
ENLACE COVALENTE
 Por lo tanto, el extremo del flúor de
tiene
más
densidad
electrónica
que
del hidrógeno.
la
el
molécula
extremo
ENLACE COVALENTE
Cuando dos átomos comparten
electrones de manera desigual,
resulta un enlace dipolar
El momento dipolar, , producido
por dos cargas iguales pero
opuestas separadas por una
distancia, r, se calcula:
=Qxr
Se mide en debyes (D)
Q+
Q-
r
ENLACE COVALENTE
Momento dipolar y moléculas polares
Zona pobre
en electrones
Zona rica
en electrones
H
F
d+
d-
=Qxr
El momento dipolar aumenta al
Q es la carga
aumentar la magnitud de las cargas
r es la distancia entre cargas separadas y al aumentar la distancia
entre las cargas
-30
1 D = 3.36 x 10
Cm
Podemos visualizar dos casos extremos en el grado en que los pares de
electrones se comparten.
En un extremo tenemos los enlaces
entre dos átomos idénticos, como en
H2, donde los pares de electrones se
comparten equitativamente.
En el otro extremo,
ilustrado por el NaCl, los
electrones prácticamente
no se comparten.
Los enlaces que ocurren en la mayor parte de las sustancias covalentes
quedan en algún punto entre estos dos extremos.
ENLACE COVALENTE
ENLACE COVALENTE
Compuesto
Longitud de
enlace (A)
Diferencia de
electronegatividad
Momento
dipolar (D)
HF
0,92
1,9
1,82
HCl
1,27
0,9
1,08
HBr
1,41
0,7
0,82
HI
1,61
0,4
0,44
Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad, más polar
será el enlace.
ENLACE COVALENTE
TEORÍA DE LEWIS
Las estructuras de Lewis son representaciones de moléculas que
muestran todos los electrones: enlazantes y no enlazantes
REGLA DEL OCTETO
Los átomos tienden a ganar, perder o
compartir electrones hasta estar rodeados por
ocho electrones de valencia
(como los gases nobles)
ENLACE COVALENTE
ENLACE COVALENTE
ESTRUCTURAS DE LEWIS: El átomo menos electronegativo es el
átomo central, el resto de los átomos se unen mediante enlaces
sencillos, hasta llegar a tener ocho electrones
PCl3
Ejemplos: NH3, H2O
ENLACE COVALENTE
ESTRUCTURAS DE LEWIS
ENLACE COVALENTE
ESTRUCTURAS DE LEWIS
Cl
PCl3
P
Cl
Cl
ENLACE COVALENTE
ESTRUCTURAS DE LEWIS
PCl3
FUNDAMENTOS QUÍMICOS PARA LA INGENIERÍA
Estructura de Lewis para el ozono: O3
+
-
Pero no corresponde con la
verdadera
estructura
observada del ozono, en la
que…
…ambos enlaces O-O
tienen la misma longitud
…ambos
oxígenos
externos
tienen
una
carga de -1/2
La flecha con dos puntas indica que las estructuras mostradas son estructuras en resonancia.
¿Cuál es la estructura molecular correcta?
Cada una requiere que
un enlace O—O sea
diferente del otro, lo que
no concuerda con la
estructura observada.
Estas dos estructuras de Lewis alternativas
para el ozono son equivalentes; y se
denominan estructuras de resonancia.
EL BENCENO
C6H6
Podemos escribir dos estructuras de Lewis equivalentes para el benceno,
cada una de las cuales satisface la regla del octeto.
Experimentalmente los seis
enlaces C-C del benceno tienen
la misma longitud, 1.40 Á
Intermedia entre los valores de
un enlace C-C sencillo (1.54 Á) y
un doble enlace C=C (1.34 A).
ENLACE COVALENTE
El
compuesto
orgánico
benceno, C6H6, tiene dos
estructuras de resonancia
Comúnmente se representa como un hexágono con un círculo interior
para señalizar los electrones deslocalizados en el anillo
ENLACE COVALENTE
Existen tres tipos de iones o moléculas que no siguen la regla del
octeto:
 Iones o moléculas con un número impar de electrones
 Iones o moléculas con menos de un octeto
 Iones o moléculas con más de ocho electrones de valencia
(octeto expandido)
ENLACE COVALENTE
Aunque relativamente raros y por lo regular bastante inestables y
reactivos, existen iones y moléculas con un número impar de
electrones:
ENLACE COVALENTE
Caso del BF3: Octeto incompleto
F
B
F
Carga formal
F
 El dar al boro un octeto lleno coloca una carga negativa en el
boro y una carga positiva en el flúor
 Ésta no sería una representación exacta de la distribución de los
electrones en el BF3
ENLACE COVALENTE
Por lo tanto, las estructuras que colocan un enlace doble entre el boro y
el flúor son mucho menos importantes que la que deja al boro con
únicamente 6 electrones de valencia
ENLACE COVALENTE
La única forma en la que el PCl5
pudiera existir es si el fósforo tuviera
10 electrones alrededor de él
Se permite expandir el octeto de los
átomos en el 3er periodo o debajo
Es probable que los orbitales d
en estos átomos participen en el
enlace
ENLACE COVALENTE
Aún cuando podemos trazar una estructura de Lewis para el ión fosfato
que únicamente tiene 8 electrones alrededor del fósforo central, la mejor
estructura coloca un enlace doble entre el fósforo y uno de los oxígenos
Teoría del Enlace de Valencia
Teoría del Enlace de Valencia
ENLACE COVALENTE
Energía potencial
Variación de la energía potencial de dos átomos de H
Distancia de separación
Variación de la densidad electrónica
para dos átomos de hidrógeno que
interaccionan entre si
ENLACE COVALENTE
TEORÍA DEL ENLACE DE VALENCIA: los enlaces se forman
compartiendo los e- procedentes del solapamiento de los orbitales
atómicos
E. de disociación de enlace
Longitud de enlace
Solapamiento
H2
436.4 kJ/mol
74 pm
2 orbitales 1s
F2
150.6 kJ/mol
142 pm
2 orbitales 2p
Longitud del enlace: molécula de N2
La distancia media entre dos átomos de nitrógeno enlazados varía según
el número de pares de electrones compartidos
Los átomos se unen entre sí para formar moléculas compartiendo pares de
electrones del nivel de valencia
Los pares de electrones repelen entre sí
tratarán estorbarse mutuamente lo menos posible.
¿La mejor disposición de los pares de electrones?
la que minimiza las repulsiones entre ellos
Esta sencilla idea es la base del modelo RPENV.
El modelo RPENV
(modelo de repulsión electrónicoa del nivel de valencia )
Si se atan dos globos idénticos por
sus extremos.
Agregamos un tercer
globo
Si agregamos un cuarto globo
HAY UNA GEOMETRÍA ÓPTIMA PARA CADA NÚMERO DE GLOBOS
Teoría RPENV
(Teoría de la repulsión de los electrones del nivel de valencia)
Se utilizan estructuras de Lewis para explicar las
fórmulas de los compuestos covalentes
Los ángulos de enlace de una molécula,
junto con las longitudes de los enlaces
definen con exactitud el tamaño y la forma
de la molécula
El tamaño y la forma del CCl4 se describen por completo diciendo que
es tetraédrico con enlaces C—Cl de 1.78 Á de largo
ENLACE COVALENTE
Teoría del enlace de valencia y NH3
N – 1s22s22p3
3 H – 1s1
Si los enlaces se forman por solapamiento de 3 orbitales 2p del
nitrógeno con el orbital 1s de cada átomo de hidrógeno, ¿cual
sería la geometría molecular del NH3?
Usando los
3 orbitales 2p se
predicen 900
El ángulo real de
los enlaces de
H-N-H es de
107,30
ENLACE COVALENTE
HIBRIDACIÓN DE ORBITALES
Mezcla de dos o más orbitales atómicos para formar un nuevo conjunto
de orbitales híbridos
1. Se mezclan al menos 2 orbitales atómicos no equivalentes (por
ejemplo: s y p). Los orbitales híbridos presentan formas muy diferentes
a los orbitales atómicos originales del los que proceden
2. El número de orbitales híbridos es igual al número de los orbitales
atómicos puros empledos en el proceso de hibridación
3. Los enlaces covalentes se forman mediante:
a. Solapamiento de los orbitales híbridos con orbitales atómicos
b. Solapamiento de los orbitales híbridos con otros orbitales híbridos
ENLACE COVALENTE
Formación de Orbitales Híbridos sp3
s
px
Hibridación
py
px
4 orbitales híbridos sp3
Formación
de Enlaces
Covalentes
ENLACE
COVALENTE
Hibridación sp3 del átomo de C en CH4
ángulo de
109.4º
ENLACE COVALENTE
Hibridación sp3 del átomo de N en NH3
ángulo de
107.4º
El modelo RPENV; predice
Al tener un par no enlazante,
correctamente que los átomos del
el NH3 es una molécula
NH3 no están todos en el mismo
tetraédrica a la que le falta un
plano;
átomo.
Al describir la forma de una molécula, siempre indicamos la geometría
molecular, no la geometría de los pares de electrones.
Orbitales híbridos más importantes y sus formas
Orbitales
atómicos puros
del átomo central
Hibridación del
átomo central
Número de
orbitales
híbridos
Forma de los
orbitales
híbridos
Lineal
Trigonal plana
Tetraédrica
Trigonal bipiramidal
Octaédrica
Ejemplos
Efectos de los electrones no enlazantes y de los enlaces múltiples sobre
los ángulos de enlace
Podemos refinar el modelo RPENV para predecir y explicar pequeñas
distorsiones de las moléculas respecto a las geometrías ideales.
*el metano CH4
Consideremos
*el amoniaco NH3
*el agua H2O
geometrías de
pares de
electrones
tetraédricas
pero sus ángulos
de enlace con
pequeñas
diferencias.
¿qué le ocurre a los ángulos de enlace conforme aumenta
el número de pares de electrones no enlazantes?
Disminuyen
ENLACE COVALENTE
CH4
NH3
Repulsión par solitario
Repulsión par solitario
>
>
frente a par solitario
frente a par enlazante
H 2O
Repulsión par enlazante
frente a par enlazante
H
C
H
H
109.5º
N
H
H
H
O
H
H
<109.5º
H
<109.5º
ENLACE COVALENTE
Formación de orbitales híbridos sp2
s
Hibridación
Px
3 orbitales híbridos sp2
py
BF3
ENLACE COVALENTE
Formación de orbitales híbridos sp
Hibridación
s
px
2 orbitales híbridos sp
ENLACE COVALENTE
¿Cómo puede predecirse la hibridación del átomo
central?
Se cuenta el número de pares solitarios y el número de átomos que
están unidos al átomo central
Nº pares solitarios
+
Nº átomos unidos
Hibridación
Ejemplos
2
sp
BeCl2
3
sp2
BF3
4
sp3
CH4, NH3, H2O
5
sp3d
PCl5
6
sp3d2
SF6
Pares de electrones
Enlazantes
4
No enlazantes
Geometría
electrónica
Geometría
molecular
0
Tetraedrica
3
1
Tetraedrica
2
CH4
NH3
2
H2O
Geometrías moleculares dependiendo de los pares de electrones en el
nivel de valencia : enlazantes y no enlazantes
Pares de electrones
Enlazantes
2
3
No enlazantes
0
Geometría
electrónica
Geometría
molecular
Lineal
Lineal
0
Triangular
2
CO2
1
BF3
Triangular
Angular
NO2-
ENLACE COVALENTE
Hibridación sp2 en un átomo de carbono
Estado
fundamental
Promoción
de un
electrón
Estado de
hibridación
sp2
Orbitales sp2
ENLACE COVALENTE
El orbital 2pz es perpendicular
al plano de los orbitales
híbridos
ENLACE COVALENTE
Enlaces en el etileno
Enlaces sigma ():
densidad electrónica
entre los 2 átomos
Enlaces
pi
():
densidad electrónica
sobre y bajo el plano
de los núcleos de los
átomos enlazantes
ENLACE COVALENTE
ENLACE COVALENTE
Enlaces en el acetileno
ENLACE COVALENTE
Hibridación sp en un átomo de carbono
Estado
fundamental
Promoción
de un
electrón
Estado de
hibridación
sp
Orbitales sp
ENLACE COVALENTE
Enlaces Sigma () y Pi ()
Enlace simple
1 enlace sigma
Doble enlace
1 enlace sigma y 1 enlace pi
Triple enlace
1 enlace sigma y 2 enlaces pi
¿Cuántos enlaces  and  hay en la molécula de ácido
acético (vinagre) CH3COOH?
H
C
H
O
H
C
O
H
Enlaces  = 6 + 1 = 7
Enlaces  = 1
Una molécula es polar si sus centros de carga
negativa y positiva no coinciden.
Un extremo de una molécula polar
tiene una pequeña carga negativa
d+
El otro extremo, una pequeña
carga positiva.
d-
H-F
ENLACE COVALENTE
Resultante del momento
dipolar = 1.46 D
Resultante del momento
dipolar = 0.24 D
ENLACE COVALENTE
Moléculas
Geometría
Momento dipolar (D)
HF
Lineal
1,92
HCl
Lineal
1,08
HBr
Lineal
0,78
HI
Lineal
0,38
H 2O
Angular
1,87
H 2S
Angular
1,10
NH3
Piramidal
1,46
SO2
Angular
1,60
¿Presenta la molécula de PCl3 momento dipolar?
¿Presenta la molécula de BF3 momento dipolar?
¿Presenta la molécula de BF3 momento dipolar?
ENLACE COVALENTE
¿Presenta la molécula
de CH2Cl2 momento
dipolar?
ENLACE COVALENTE
¿Presenta la molécula
de CH2Cl2 momento
dipolar?
En esta suma de vectores debemos considerar tanto las magnitudes
como las direcciones de los dipolos de enlace.
No polar
Polar
Polar
Polar
No polar
No polar
Polar
¿Cuáles de las siguientes moléculas tienen
momento dipolar? H2O, CO2, SO2, y CH4
ENLACE COVALENTE
¿Cuáles de las siguientes moléculas tienen momento dipolar? H2O, CO2,
SO2, y CH4
O
S
Momento dipolar
molécula polar
Momento dipolar
molécula polar
H
O
C
O
No momento dipolar
molécula apolar
H
C
H
H
No momento dipolar
molécula apolar
ENLACE COVALENTE
Comportamiento de las moléculas polares
En ausencia de campo eléctrico
externo
En presencia de campo
eléctrico externo
Indica la estructura de Lewis más correcta y explica la geometría y polaridad de las
siguientes moléculas teniendo en cuenta la teoría de la hibridación:
Indica la geometría y polaridad de las siguientes moléculas
teniendo en cuenta la teoría de la hibridación:
Indica la estructura de Lewis más correcta y explica la geometría y polaridad de las
siguientes moléculas teniendo en cuenta la teoría de la hibridación:
ENLACE METÁLICO
ENLACE METÁLICO
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