UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA “Calculo, Precisión, Simetría, Adelante ingeniería” informe: Enlace quimico Docente: Ing. M.Sc. Roberto Parra Zeballos Estudiante: José Manuel Zumaran Machicado Carrera: Ingeniería Química División: IQPAA Materia: QMC-104L LA PAZ- 10 de marzo de 2024 1. Fundamento teórico 1.1. Tipos de enlace químico • teoría del orbital molecular En este proceso se mezclan los orbitales atómicos al acercarse 2 átomos de elementos X y Z, esta combinación se puede representar mediante el método de Combinación Lineal de Orbitales Atómicos (CLOA). Al combinarse 2 orbitales del tipo s, se genera un orbital 𝜎 (sigma), generándose 2 tipos de orbitales moleculares, los enlazantes y los anti enlazantes (simbolizados por un asterisco sobre el símbolo del enlace, sea este sigma o pi). El tipo de orbital molecular depende del spin de los electrones de ambos elementos. Cuando la distancia entre X y Z es demasiado grande, no existe atracción, lo que implicaría un estado energético nulo. a) Generalidades i. Siempre se forman un enlazante y un anti enlazante ii. Para que la unión sea significativa os orbitales unidos deben ser similares en cuanto a energía iii. Los electrones van con spin diferente al momento de meterse al orbital molecular iv. El orden de enlace se define como la diferencia de orbitales enlazantes y anti enlazantes v. En la esquematización, si existe un electrón desapareado, se considera a la molécula una de naturaleza diamagnética • teoría de Lewis Es una teoría que nos permite graficar las estructuras de los compuestos complicados. Consiste en explicar la tendencia de llevar a todos los átomos de la molécula a formar un octeto de electrones de valencia, al cual se llega compartiendo electrones entre ellos, aunque existen algunos átomos que no pueden formar un octeto, como el hidrogeno y, por tanto, carecen de una estructura de Lewis convencional. Lo malo de este modelo es que no es capaz de explicar la molécula del oxígeno gas. • teoría RPECV Esta teoría supone que la repulsión de los pares de electrones de los niveles energéticos externos tenga como consecuencia que los pares de electrones estén lo más alejados como les sea posible, aunque esta teoría ignora varios factores y tiene varias fallas, logra explicar la forma geométrica de las estructuras • Teoría de enlace de valencia Esta teoría parte de la teoría de Lewis, y se puede generalizar en los siguientes enunciados: I. El resultado del apareamiento de los electrones libres de átomos vecinos es un enlace covalente II. Los spines de los electrones apareados deben ser si o si antiparalelos III. Se considera que los electrones se pueden excitar para llenar orbitales vacíos (promoción) IV. La forma de la molécula va según qué dirección tengan los orbitales del átomo central Para sostenerse esta teoría, se propuso la hibridación de orbitales, siendo esta ni más ni menos que la fusión entre los orbitales de un mismo átomo, esto para darle lugar a algún electrón externo, llevando esto consigo el concepto de promoción de electrones. ➢ Hibridación de orbitales Esta teoría consta en la mezcla de funciones de onda de los orbitales, donde, al darse la hibridación, los electrones siguen siendo propiedad del átomo donador. Si se mezclan los orbitales s con los orbitales p, estos generan los orbitales sp, sp2 y sp3, esto dependiendo de cuantas funciones de onda se mezclen con la función de onda del orbital s, donde el numero total de orbitales mezclado es igual a la suma de el numero de orbitales involucrados. Como siempre, en cuanto a análisis es mejor la teoría OM, pero esta teoría se sigue aplicando en el área de la química orgánica. 1.1.1. Enlace iónico Es el tipo de enlace mas fuerte, siendo este característico de los compuestos formados por metales alcalinos y no metales del tipo anfigeno o halógeno, donde la diferencia de electronegatividades excede el valor de 1.7, es decir, el mas electronegativo roba los electrones del metal, cargándose negativamente, es decir, se forman iones que se atraen por fuerzas de coulomb. • Características: a) Usualmente forman sales b) Existe una transferencia de electrones c) Existe una diferencia de electronegatividades de valor alto • Propiedades de los compuestos a) Forman redes cristalinas b) Son neutros en estado solido c) Tienen puntos de fusión y ebullición altos, es decir, requieren de una cantidad abismal de energía para ser separados d) Son buenos conductores de electricidad en disolución 1.1.2. Enlace covalente En simples palabras este enlace consiste en el aporte de ambos miembros del compuesto, es decir, estos comparten electrones para llegar al octeto, como claro ejemplo podemos poner al etanol. • Características Las características de este tipo de compuestos se deben a la debilidad de los enlaces intermoleculares que forman. ➢ Los sólidos atómicos, o más conocido como compuestos covalentes sólidos, son compuestos de alta dureza, y cuyos puntos de fusión y ebullición son relativamente altos, pero son pésimos conductores de electricidad. ➢ Los solidos moleculares son solidos cuyo enlace intermolecular es demasiado débil (fuerzas de van der Waals), son moldeables y sus puntos de ebullición y fusión son bajísimos, pésimos conductores Existen distintos tipos de enlace covalente, siendo estos los siguientes • Coordinado Se presenta entre un no metal y otro elemento, donde el no metal, con el papel del donador, tiene por lo menos 2 electrones libres en un orbital exterior, mientras que el átomo receptor debe tener espacio exacto para esos electrones libres del no metal • Polar Hay una distribución desigual de los electrones en la molécula, aparece siempre que la diferencia de electronegatividades este entre 0.5 y 1.7. • Apolar Los electrones se comparten de forma equitativa y la diferencia de electronegatividad esta por debajo de 0.5 1.1.3. Enlace metálico Estos solo se presentan entre átomos del mismo metal, y son la razón por la que los metales tienen las propiedades que tienen. Se forman redes de átomos en una región del espacio, donde los electrones de valencia de cada uno se pueden mover libremente, lo que podríamos definir como una nube electrónica que envuelve a un cumulo de núcleos metálicos. • Propiedades ➢ La conducción tanto eléctrica como calorífica se debe a que los electrones libres pueden moverse a lo largo de toda la estructura ➢ Usualmente los elemento que cuentan con este tipo de enlace reflejan la luz, generando un brillo característico en su superficie ➢ Se suelen organizar en estructuras bases llamadas redes de Bravais 2. Objetivos 2.1. General: • 2.2. Identificar las propiedades de cada tipo de enlace interatómico Específicos • Comparar solubilidad de distintos compuestos y relacionarlos con el tipo de enlace intermolecular que los forma • Explicar el comportamiento de los distintos tipos de enlace • Comparar los puntos de fusión de sales según el tipo de enlace 3. Justificación El propósito del presente laboratorio es, de acuerdo con la teoría y la bibliografía consultada, identificar los tipos de enlace según las propiedades de cada uno de los compuestos que se han de utilizar en el mismo y sr capaces de predecir el comportamiento de los compuestos que cuentes con cada tipo de enlace. 4. Metodología experimental 4.1. Materiales, equipos y reactivos Material Tubo de ensayo Vaso pp 50ml Espátula cantidad reactivo cantidad Agua destilada 100ml KSCN (1M) -- Sal de mesa AgNO3 1ml 1ml Azúcar -- NaHCO3 -- vaselina -- CaO2 2ml H3BO3 1ml almidón -- FeCl3 (3M) 2ml Aceite de cocina 1ml gasolina 1ml etanol 1ml HCl 1ml acetona 2ml (NH4)OH -- vinagre -- azufre -- equipos 5 12 Campana de gases conductímetro 1 1 mechero Pipeta Propipeta Piseta Gradilla Cepillo 1 1 1 1 1 Balanza 4.2. Diagramas de flujo 4.2.1. Experimento 5 4.2.2. Experimento 2 4.2.3. Experimento 3 4.2.4. Experimento 4 4.2.4.1. Parte 1 4.2.4.2. Parte 2 5. Datos y resultados Exp. Parte Sección Compuesto Observaciones Sal de mesa Es soluble incoloro No es soluble incoloro No es soluble incoloro Es soluble Tarda un poco en disolverse Camba a color azulado No es soluble Presenta color blanquecino Precipitado café (impurezas) No es soluble Turbio Cambio a color blanco No es soluble División en 2 fases Es soluble Se torna aceitoso por un momento Es soluble Mantiene transparencia Es soluble Mantiene trnasparencia No es soluble Se separan 2 fases Azucar Bicarbonato de sodio 1 1 1 Sulfato cúprico Cal Almidón Aceite Etanol Acetona Vinagre Gasolina 2 2 1 Compuesto Conductividad Observaciones NaCl Etanol Ácido Bórico Vinagre (NH4)OH azúcar 18.79 𝒎𝑺 0.00 𝒎𝑺 10.5 𝝁𝑺 0.56 𝒎𝑺 430 𝝁𝑺 0.08 𝒎𝑺 HCl Excede imite de conductímetro Es buen conductor No es conductor Es conductor de baja capacidad Es conductor de baja capacidad Es conductor baja capacidad Es conductor baja capacidad Casi llega al cero Es muy buen conductor El conductímetro no es capaz de medir la conductividad (en 𝝁𝑺) Exp. Parte 1 Sección tiempo Observaciones NaCl 40 segundos Azúcar 10 segundos Vaselina 5 segundos Es el que más tiempo tarda en fundirse Se funde relativamente rápido Es el que menos tiempo tarda en fundirse compuesto Temperatura teórica rango experimental Bicarbonato 50℃ [52-65] ℃ Acido benzoico 122.3℃ [121-127] ℃ Azucar 185℃ [195-200] ℃ Azufre 112.8℃ [72-128] ℃ 1 3 2 Exp. Compuesto Parte Sección 1 1 Reacción 𝟑𝑲𝑺𝑪𝑵 + 𝑭𝒆𝑪𝒍𝟑 → [𝑭𝒆(𝑺𝑪𝑵)𝟑 ] + 𝟑𝑲𝑪𝒍 4 1 𝑨𝒈𝑪𝒍 + 𝑵𝒂𝑵𝑶𝟑 + 𝑵𝑯𝑶𝑯 → 𝑵𝑯𝟒 𝑪𝒍 + 𝑨𝒈𝑵𝑶𝟑 + 𝑵𝒂𝑶𝑯 2 2 𝑵𝒂𝑪𝒍 + 𝑨𝒈𝑵𝑶𝟑 → 𝑵𝒂𝑵𝑶𝟑 + 𝑨𝒈𝑪𝒍 Observaciones Cambio de color -Color miel-café intenso Reacciona con 3 gotas -Reacción no visible -aroma fuerte -Aspecto incoloro -Disolución homogénea -Reacción -No emite gas -No produce calor -Solido flotante 5.1. Imágenes de proceso Experimento 1 Exp. 2, materiales Exp. 2, medición de la sal Exp. 2, medición de hidróxido de amonio Exp. 3, P. 1, S.1, compuestos luego de llegar al punto de fusión Exp. 2, medición de acido clorhidrico Exp. 4, P. 1, formación de complejo Exp. 4, p. 2, S. 2, formación de nitrato 5.2. Discusión de resultados Todos los resultados del laboratorio fueron fructíferos, pues se pudo identificar que compuestos tienen enlace iónico y/o covalente, esto por sus propiedades. Se logro sintetizar el complejo tiocianato férrico, cuya característica según se discutió, es el color pardo intenso, cuya opacidad varía según la concentración del mismo. 6. Conclusiones Se cumplió totalmente con los objetivos, pues se logró distinguir las características de cada compuesto y se la logro relacionar con el tipo de enlace que lo forma, también se pudo comparar el punto de fusión y de ebullición, además de medirse estos parámetros con el equipo adecuado, midiendo así los intervalos de temperaturas de cada compuesto, pudiéndose ver que los materiales siempre tienen un grado de impureza. 7. Cuestionario a) A que grupo de elementos, metales o no metales, pertenecen los átomos que se unen para formar compuestos iónicos y covalentes. Los que forman compuestos iónicos pertenecen al grupo de metales (alcalinos y alcalinotérreos) y a los no metales (anfígenos y halógenos) Los que forman compuestos covalentes son todos los metales de transición, los semimetales y los no metales en general. b) ¿Qué características presentan las sustancias que tienen enlaces de tipo iónico o covalente? ➢ covalentes: Gases, solidos o líquidos en forma molecular Bajos puntos de fusión y ebullición Malos conductores Solubles en solventes apolares ➢ iónicos: solidos cristalinos Altos puntos de fusión y ebullición Buen conductor al estar fundido Solubles en solventes polares c) ¿Qué entiende por resonancia y como lo explica? La resonancia es un caso especial en el que una molécula puede tener más de una estructura de Lewis, lo que se explicaría por el movimiento de electrones dentro de la misma molécula, este movimiento dado por el comportamiento anómalo de los átomos enlazados, siendo posible representar a dicha molécula como una combinación de todas las estructuras de Lewis. d) ¿En qué consiste el puente de hidrogeno? Explique El puente de hidrogeno consiste en la unión del hidrogeno a un electrófilo fuerte, siento usuales el oxígeno y el nitrógeno, pero sin extraer al hidrogeno de la molécula, es decir, es un enlace intermolecular, no interatómico. El caso más representativo es el del agua, siendo que, como el agua es una molécula polar, esta se une mediante el puente de hidrogeno para tener la estructura que tiene. e) ¿En qué consiste un enlace metálico? Explique f) ¿Qué es una estructura de Lewis? Es una forma de representar moléculas mediante el método de la graficación del elemento rodeado de los electrones de valencia, siendo estos los que pueden formar un enlace, siendo imperante que en toda molécula se cumpla la regla del octeto (excepto en el hidrogeno, que cumple con un dueto), es decir, llegar a la configuración electrónica del gas noble más cercano para ser más estable y así, darle la existencia a la molécula. Como siempre, esta teoría tiene sus excepciones, tales como el Dióxido de nitrógeno, cuya estructura de Lewis no cumple con la regla del octeto. g) Escriba 2 ejemplos de elementos o compuestos naturales o en disolución, que tengan enlaces iónicos, covalentes apolares, covalentes polares y enlaces covalentes coordinados y represente la estructura de Lewis que muestren los enlaces correspondientes Iónicos: NaCl y KCl Covalentes polares: H2O y H2O2 Covalentes apolares: H2 y O2 Covalentes coordinados: O3, H2SO4 h) Enuncie “la regla del octeto” y diga en que consiste, específicamente, dicho concepto. “Los iones de los elementos del sistema periódico tienen la tendencia a completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de 8 electrones, de tal forma que adquieren una configuración muy estable”. Consiste en que cada átomo involucrado en una molécula debería tener 8 electrones en la capa de valencia en orden de estabilidad, por lo que sus configuraciones electrónicas son similares a los elementos más estables de la tabla, es decir, los gases nobles. i) ¿Qué entiende usted por fuerzas de van der Waals y de London, y a que se deben? Repulsión o atracción debido a la influencia del campo eléctrico generado a partir de las cargas de los átomos presentes en distintas moléculas. j) ¿Qué entiende usted por pares de electrones enlazantes y no enlazantes? Ejemplifique Los pares enlazantes so aquellos electrones que generan un enlace, aportando a la unión química de los elementos, mientras que los no enlazantes son aquellos electrones que k) Según la regla del octeto, determina para los siguientes átomos, cuantos electrones podrían ganar o perder cada uno. Especifique cuales ganan y cuales pierden: Bi, Se, C, I, S, O. El bismuto gana 3 electrones y perder 5 El selenio gana 2 electrones y perder 6 El carbono puede ganar 4 electrones y perder 4 El yodo puede ganar 1 electrón y perder 7 El azufre puede ganar 2 electrones y perder 6 El oxígeno puede ganar 2 electrones y perder 6 l) Según la lista de electronegatividades a) ordene los siguientes enlaces según aumenta la polaridad: BeCl, CI, BaF, AlBr, SO, PCl, CO. ¿Es alguno iónico? AlBr<PCl<CO<SO<CI<BeCl 8. Bibliografía • Geoff R. C. (2000). Química inorgánica descriptiva (2da ed., pp. 27-33). Editorial Pearson educación S.A. • Ruiz J. (2008). Microsoft Word - Tema6comentado08.doc. https://www.ugr.es/~jruizs/Ficheros/EnlaceQ/Tema6.pdf 9. Webgrafia • Editorias Etecé. (2021). Pag. https://concepto.de/enlace-metalico/ • Pag. https://www.quimica.es/enciclopedia/Enlace_de_coordinaci%C3%B3n.html • Fernandez A. (S. F.). Pag. https://www.todamateria.com/enlace-ionico/
