Introducción a los Modelos Básicos de la Química

5. EVALUACIÓN

5.1.Tres Pruebas Escritas de desarrollo con una ponderación de 25% c/u. Promedio de prácticos 25%.

5.2.Una Prueba Sustitutiva. Esta Prueba sólo podrán rendirla aquellos alumnos que por motivos debidamente justificados, no pudieron rendir alguna de las tres anteriores (Art.21 Reglamento Académico Estudiantil de Pre-Grado, 1994 - 1995).

5.3.El Examen Final es rendido por todo alumno cuyo promedio de presentación sea inferior a 5.0 y superior a 3.5.

Calificación Final = Nota de presentación * 0,70 + Nota del examen * 0,30

Profesor: Gabriel Vallejos C.

Universidad Austral de ChileFacultad de CienciasInstituto de Química

Referencias

Química General1. Chang, R. Química; McGraw-Hill: México, 2002.2. Petrucci, R.H.; Harwood, W. S.; Herring, F.G. Química General; Pearson

Educación, S.A.: Madrid, 2003.3. Brown, T.L.; LeMay, H.E.; Bursten, B.E.; Burdge, J.R. Química, la Ciencia

Central; Pearson Educación, S.A.: México, 2004.

Química Orgánica1. Carey, F.A. Química Orgánica; McGraw-Hill: México, 2006.2. Pine, S.H.; Hendrickson, J.B.; Cram, D.J.; Hammond, G.S. Química Orgánica;

McGraw-Hill: México, 1988.3. Solomons, T.W.G. Química Orgánica; Limusa Wiley: México, 2000.

Átomos electrones y orbitales

Número atómico Z = Nº protones

1887: e- Partículas

1924: e- Luís de Broglie Comportamiento de onda

1926: Erwin Schrödinger

Mecánica de ondas Electrónes

Funciones de onda (psi) = Orbitales

Ejemplo… Orbitales s Forma esférica

Config. Electrón. Hidrógeno: 1 s1

Propiedad de espín de los e- (+ ½ ; - ½)

Principio de exclusión de Pauli

Orbital 2 e- con espines desapareados

Principio de exclusión de Pauli

Regla de Hund Ej. Microbus

Electrones de Valencia

Electrones externos de un átomo

Implicados en enlaces

Implicados en Reacciones

Ejercicio: ¿Cuántos e- s tiene el carbono? ¿Cuántos son e- s de valencia?¿Qué elementos de la tercera fila tienen el mismo número de e- s de valencia que el carbono?

Tarea: ¿Cuál es la teoría de orbitales moleculares?

Estructura Tetraédrica

Ángulos de enlace = 109.5°

Distancias de enlace = 110 pm

Pero la estructura es inconsistente

con la configuración

electrónica del Carbono

Estructura del Metano

Configuración Electrónica del Carbono

22ss

22pp

Sólo tiene dos electrones

desaparedos

22ss

22pp

1º Se promueve un e- desde el

orbital 2s al orbital 2p

Orbitales híbridos sp3

22ss

22pp 22pp

22ss

Orbitales híbridos sp3

22pp

22ss

Mezcla de orbitales (hibridización) del orbital 2s con

los tres orbitales 2p

Orbitales híbridos sp3

22pp

22ss

2 2 spsp33

4 Orbitales equivalentes medio llenos es consistente con los cuatro enlaces del carbono y con la geometría tetraédrica del metano

Orbitales híbridos sp3

Forma de los orbitales

ss

pp

Propiedades nodales de los orbitales

ss

pp ++ ––

++

ss

pp ++ ––

++

Se toma el orbital s y se coloca en el lugar del orbital p

Forma de los orbitales híbridos sp3

s + ps + p ++ ––++

++ ––Orbital Hibrido SpOrbital Hibrido Sp33

––

++ ––

El enlace El enlace C—H en el Metano C—H en el Metano

spsp33ss CH

H—C H—C CH

El traslapamiento de un orbital semilleno1El traslapamiento de un orbital semilleno1ss de un de un hidrógeno con un orbital semilleno hibrido sp3 del hidrógeno con un orbital semilleno hibrido sp3 del carbono genera un enlace carbono genera un enlace C-H C-H

++

++

Justification for Orbital Hybridization Justification for Orbital Hybridization

consistent with structure of methane

allows for formation of 4 bonds rather than 2

bonds involving sp3 hybrid orbitals are stronger than those involving s-s overlap or p-p overlap

sp3 Hybridization and Bonding in Ethane

Estructura del etanoEstructura del etano

CHCH33CHCH33

CC22HH66

Geometría tetraédrica en cada carbono

C—H distancia de enlace = 110 pm

C—C distancia de enlace = 153 pm

Traslapamiento de un orbital hibrido sp3 semilleno de un carbono con un orbital hibrido sp3 semilleno de otro átomo de carbono .El traslapamiento es a lo largo de un eje internuclear dando un enlace

El enlace El enlace C—C en EtanoC—C en Etano

Traslapamiento de un orbital hibrido sp3 semilleno de un carbono con un orbital hibrido sp3 semilleno de otro átomo de carbono .El traslapamiento es a lo largo de un eje internuclear dando un enlace

El enlace El enlace C—C en EtanoC—C en Etano

sp2 Hybridization and Bonding in Ethylene

CC22HH44

HH22C=CHC=CH22

Planar

Ángulo de enlace: cerca de 120°

Distancia de enlace: C—H = 110 pmC=C = 134 pm

Estructura del etileno

22ss

22pp

1º Se promueve un e- desde el orbital 2s al orbital 2p

Orbitales híbridos sp2

22ss

22pp 22pp

22ss

Orbitales híbridos sp2

22pp

22ss

Mix together (hybridize) the 2s orbital and two of the three 2p orbitals

Orbitales híbridos sp2

22pp

22ss

sp2 Orbital Hybridization

2 2 spsp22

3 equivalent half-filled sp2 hybrid orbitals plus 1 p orbital left unhybridized

sp2 Orbital Hybridization

2 2 spsp22

2 of the 3 2 of the 3 spsp22 orbitals orbitalsare involved in are involved in bonds bondsto hydrogens; the otherto hydrogens; the otheris involved in a is involved in a bond bondto carbonto carbon

pp

sp2 Orbital Hybridization

2 2 spsp22

pp

Bonding in Ethylene

2 2 spsp22

the unhybridized the unhybridized pp orbital of orbital of carbon is involved in carbon is involved in bonding bondingto the other carbon to the other carbon

pp

Bonding in Ethylene

2 2 spsp22

pp

each carbon has an unhybridized 2p orbital axis of orbital is perpendicular to the plane of the bonds

Bonding in Ethylene

2 2 spsp22

pp

side-by-side overlap of half-filledp orbitals gives a bonddouble bond in ethylene has a component and a component

sp Hybridization and Bonding in Acetylene

CC22HH22

linear

bond angles: 180°

bond distances: C—H = 106 pmCC = 120 pm

Structure of Acetylene

HCHC CHCH

22ss

22pp

Promote an electron from the 2s to the 2p orbital

sp Orbital Hybridization

22ss

22pp 22pp

22ss

sp Orbital Hybridization

22pp

22ss

sp Orbital Hybridization

Mix together (hybridize) the 2s orbital and one of the three 2p orbitals

22pp

22ss

sp Orbital Hybridization

2 2 spsp

2 equivalent half-filled sp hybrid orbitals plus 2 p orbitals left unhybridized

2 2 pp

sp Orbital Hybridization

1 of the 2 1 of the 2 spsp orbitals orbitalsis involved in a is involved in a bond bondto hydrogen; the otherto hydrogen; the otheris involved in a is involved in a bond bondto carbonto carbon

2 2 spsp

2 2 pp

sp Orbital Hybridization

2 2 spsp

2 2 pp

Bonding in Acetylene

the unhybridized the unhybridized pp orbitals of orbitals of carbon are involved in separatecarbon are involved in separate bonds to the other carbon bonds to the other carbon

2 2 spsp

2 2 pp

Bonding in Acetylene

one bond involves one of the p orbitals on each carbonthere is a second bond perpendicular to this one

2 2 spsp

2 2 pp

Bonding in Acetylene

2 2 spsp

2 2 pp

Bonding in Acetylene

2 2 spsp

2 2 pp

1.19Which Theory of

Chemical Bonding is Best?

Three Models

Lewismost familiar—easiest to apply

Valence-Bond (Orbital Hybridization)provides more insight than Lewis modelability to connect structure and reactivity to hybridization develops with practice

Molecular Orbitalpotentially the most powerful methodbut is the most abstractrequires the most experience to use

effectively

Ejercicio:El hidrocarburo mostrado, llamado vinilacetileno se usa en la Síntesis de neopreno, un hule sintético. Identifique el traslape de orbitales en el enlace indicado. ¿Cuántos enlaces hay en el vinilacetileno? ¿Cuántos enlaces ?

CH2=CH-CCH

Enlaces covalentes polares y electronegatividad

Distribución de e- s polarizada

Ejemplo

H F H F++ -

H-H H-FF-F+ -

No es Polar No es PolarPOLAR

Ejemplo:

En general, cuanto mayor es la ≠ de electronegatividad entre dos elementos es más polar un enlace.

Algunas electronegatividades:

H 2,1 C 2,5 N 3,0

O 3,5 Si 1,8 S 2,5

Ejercicio:

¿En cuál de los compuestos CH4, NH3, H2O, SiH4 o H2S esMayor el para el hidrógeno? ¿En cuál el hidrógeno llevaCarga parcial negativa?

La polaridad de una molécula se puede apreciar por su“momento dipolar”

= e * dCarga del electrón = 4,80*10-10 unidades electrostáticas (ues)d promedio de una molécula = 1*10-8 cm

1 Debye (D) = 1*10-18 ues * cm

H-F = 1,7 *10-18 ues * cm = 1,7 D

Las clases de Rx que experimenta una molécula con Frecuencia pueden relacionarse con el tamaño y dirección de los dipolos de los enlaces