Parmetros de enlaceParmetros de enlace

Jess Gracia MoraJess Gracia Mora

La presentacin, material adicional, ejercicios y bibliografa se encuentran a su disposicin en:

http://depa.pquim.unam.mx/QI/

Que es un enlace qumico?Diferentes definiciones:

Se establece un enlace qumico entre dos tomos o grupos de tomSe establece un enlace qumico entre dos tomos o grupos de tomos cuando las fuerzas que os cuando las fuerzas que actan entre ellos son de ndole tal que conducen a la formacinactan entre ellos son de ndole tal que conducen a la formacin de un agregado con suficiente de un agregado con suficiente estabilidad, que es conveniente para el qumico considerarlo comestabilidad, que es conveniente para el qumico considerarlo como una especie molecular o una especie molecular independiente.independiente.La naturaleza del enlace qumico.La naturaleza del enlace qumico. LinusLinus PAULINGPAULING

Est claro que la descripcin ntima de un enlace qumico debe sEst claro que la descripcin ntima de un enlace qumico debe ser esencialmente electrnica. er esencialmente electrnica. El comportamiento y la distribucin de los electrones en torno dEl comportamiento y la distribucin de los electrones en torno del ncleo es lo que da el el ncleo es lo que da el carcter fundamental de un tomo; lo mismo debe de ser para las carcter fundamental de un tomo; lo mismo debe de ser para las molculas. Por ello, en cierto molculas. Por ello, en cierto sentido, la descripcin de los enlaces en cualquier molcula es,sentido, la descripcin de los enlaces en cualquier molcula es, simplemente, la descripcin de simplemente, la descripcin de su distribucin electrnica.su distribucin electrnica.Valencia. A. Valencia. A. CoulsonCoulson. .

La energa que mantiene unidos a dos tomos en un compuestoLa energa que mantiene unidos a dos tomos en un compuestowww.learnchem.net/glossary/c.shtmlwww.learnchem.net/glossary/c.shtml

Una fuerza elctrica que une tomosUna fuerza elctrica que une tomos

CognitiveCognitive ScienceScience LaboratoryLaboratory, , PrincetonPrinceton UniversityUniversity

http://www.learnchem.net/glossary/c.shtml

tomos

Representacin de enlaces qumicos

Como est una molcula a diferentes Como est una molcula a diferentes temperaturas?temperaturas?

Condiciones normales

Baja temperatura

Alta temperatura

Fuerza de enlaceLa estabilidad de una molcula est en funcin de la La estabilidad de una molcula est en funcin de la fortaleza de los enlaces que mantienen unidos a sus fortaleza de los enlaces que mantienen unidos a sus tomostomosCmo se mide? Cmo se mide? La energa de enlaceLa energa de enlace es el cambio en la entalpa (es el cambio en la entalpa (H, H, entrada de calor) que se requiere para disociar 1 mol entrada de calor) que se requiere para disociar 1 mol de sustancia gaseosa de sustancia gaseosa

Donde Donde DD(Cl(Cl--ClCl) representa la energa de disociacin ) representa la energa de disociacin para el enlace para el enlace ClCl--ClCl

Fuerza de enlaceFuerza de enlaceEs la cantidad de energa requerida para separar dos tomos Es la cantidad de energa requerida para separar dos tomos

unidosunidosSiempre es un proceso endotrmicoSiempre es un proceso endotrmico

H2(g) H2(g) 2H(g)2H(g)

DH kJ/mol = =0 436 B

10741074COCO193193BrBr22

299299HIHI242242ClCl22

366366HBrHBr158158FF22

431431HClHCl496496OO22

565565HFHF944944NN22

151151II22436436HH22

BB ((kJkJ/mol/mol))MolMolculaculaBB ((kJkJ/mol/mol))MolMolculacula

Los parmetros por excelencia

Enlace Energa (kJ/mol) Distancia (pm)H-H 432 74H-B 389 119H-C 411 109H-Si 318 148H-Ge 288 153H-Sn 251 170H-N 386 101H-P 322 144H-As 247 152H-O 459 96H-S 363 134H-Se 276 146H-Te 238 170H-F 565 92H-Cl 428 127H-Br 362 141H-I 295 161

Pero y que pasa cuando tenemos un compuesto Pero y que pasa cuando tenemos un compuesto que no es una molcula que no es una molcula diatmicadiatmica??

Consideremos la disociacin del metano:Consideremos la disociacin del metano:

Aqu tenemos cuatro enlaces Aqu tenemos cuatro enlaces CC--HH equivalentes, de equivalentes, de manera que la energa de disociacin de uno manera que la energa de disociacin de uno solo ser:solo ser:

DD(C(C--H)H) = (1660/4) = (1660/4) kJkJ/mol = 415 /mol = 415 kJkJ/mol/mol

Al medir el H0 de una molcula diatmica, no puede haber duda del resultado

En cambio si la molcula es poliatmica, existen problemas de interpretacin.

Si hay ms de un enlace en la molcula, se mide la energa total de ionizacin y se divide entre el nmero de enlaces de la molcula

Es decir consideramos la energa promedio

La energa de enlace para un enlace cualquiera se ve influido por el resto de la molcula

Sin embargo, este es un efecto relativamente pequeo, esto sugiere que los enlaces estn realmente entre los tomos

Entonces, la energa para la mayora de los enlaces vara poco respecto a la energa promedio para ese tipo de enlace

La energa de enlace siempre es positiva, es decir se requiere energa para romper un enlace covalente, y siempre hay energa liberada cuando se forma un enlace

De que depende la energa de enlaceDe que depende la energa de enlace

EnlaceEnlace Energa (Energa (kJkJ/mol)/mol)HH--HH 432432ClCl--ClCl 242242HH--ClCl 438438

CC--NN 305305C=NC=N 615615CCNN 887887

HHOO--HH 492492CHCH33OO--HH 432

La energa de enlace no solo es un promedio

La energa depende del orden de enlace

432La energa depende de a quin est unidoEn general se informan promedios

Distancias de enlaceDistancias de enlace

Obviamente dependern del tipo de enlace, Obviamente dependern del tipo de enlace, un enlace ms fuerte mostrar una un enlace ms fuerte mostrar una distancia menordistancia menor

Enlace Energa(kJ/mol)Distancia (pm)

H-B 389 119

H-C 411 109

250 300 350 400 450 500 550 600

90

100

110

120

130

140

150

160

170

H-I

H-Br

H-Cl

H-FD

ista

ncia

(pm

)

Energa (kJ/mol)

Distancias de enlaceDistancias de enlaceLa energa de enlace est relacionada con la distancia, por lo tanto con el tamao de los tomos

S la distancia es muy grande hay enlace?S la distancia es muy grande hay enlace?

Qu es un enlace largo?Qu es un enlace largo?

El puente de hidrgeno se encuentra en el lmite de un enlace qumico es muy dbil 5 kcal/mol (21 KJ/mol). Algunos autores opinan que es un extremo de una interaccin dipolo-dipolo y que por lo tanto es ms cercano a una interaccin intermolecular que a un enlace qumico formal.

EnlaceEnlace Distancia (Distancia (pmpm))FF--H H F F 240240

NN--H H O O 290290

NN--H H N N 300300

NN--H H S S 340340

Establecer claras diferencias entre enlaces Establecer claras diferencias entre enlaces intermoleculares e intramolecularesintermoleculares e intramoleculares

Cuantos compuestos y tipos de enlace existenCuantos compuestos y tipos de enlace existen

El CAS ha indexado aproximadamente cerca de 23 El CAS ha indexado aproximadamente cerca de 23

millones de compuestos y cerca de 47X10millones de compuestos y cerca de 47X1066

secuencias y secuencias y TODOTODO esto son sustancias que forman esto son sustancias que forman

enlaces. Es necesario la sistematizacin y tratar de enlaces. Es necesario la sistematizacin y tratar de

entender la naturaleza por lo que surgen MODELOS entender la naturaleza por lo que surgen MODELOS

que nos ayuden a entender explicar y predecir el que nos ayuden a entender explicar y predecir el

comportamiento de las sustancias. comportamiento de las sustancias.

Para entender el enlace no solo se ha recurrido a la Para entender el enlace no solo se ha recurrido a la evidencia experimental como distancias y energas de evidencia experimental como distancias y energas de enlace, la qumica los estudia a travs de modelos.enlace, la qumica los estudia a travs de modelos.

InicaNaCl

Cl2Na

MgCl2

AlCl3

SiCl4

PCl5

SCl2

Na2S

Na3P

Na4Si

Na3Al

Na2Mg

Mg Al Si P4 S8Metlica Covalente

MgS

AlP

Los modelos ms comunesLos modelos ms comunes

Inico Covalente

Son compuestos formados por iones

La naturaleza del enlace es fundamentalmente electrosttica

inico

Son compuestos que forman sus enlaces a partir de compartir

electrones. Pueden formar enlaces polares pero no es de

naturaleza inica

Parmetros de enlace

Modelo de LewisOrbitales molecularesEnlace valenciaEtc.Orden de enlace Hibridacin, etc.

Modelo de Born-LandCiclo Born-HaberEtc.

Energa de red cristalinaH de formacin Etc.

Polaridad del enlace Polaridad del enlace

Pareciera claro, que cuando dos tomos de un mismo elemento comparten un par de electrones, estos comparten igualmente dichos electrones.

Sin embargo, cuando los tomos son de diferentes elementos, esto no tiene por que ocurrir.

Es decir hay tomos que atraen ms a los electrones que otros.

En todo caso es claro, que los metalesatraen menos a los electrones que los no-metales.

Polaridad del enlace Polaridad del enlace

Un concepto muy til para describir como comparten sus electrones un par de tomos es el de polaridad del enlace

Podemos definir los enlaces covalentes usando este concepto as:

Un enlace covalente no-polar es aquel en el cual los electrones estn compartidos igualmente por los dos tomos Un enlace covalente polar es aquel donde uno de los tomos tiene mayor atraccin por los electrones que el otroSi esta atraccin relativa es suficientemente grande, el enlace es un enlace inico

Electronegatividad

Segn Pauling (1932), es la medida de la tendencia que tiene un tomo en una molcula de atraer a los electrones hacia s

Y la estima a partir de las energas de enlace o energas de disociacin de diversas sustancias, empleando esta expresin:

Donde AB es la diferencia de electronegatividad entre los dos tomos

( ) ( ) ( ) ABD A B D A A D B B = + + 12

A B AB. = 0 208

ElectronegatividadElectronegatividad

La La electronegatividadelectronegatividad se designa con la letra se designa con la letra griega griega

El Flor es el elemento ms electronegativo: El Flor es el elemento ms electronegativo: electronegatividad = 4.0electronegatividad = 4.0El Cesio es el por su parte es el menos El Cesio es el por su parte es el menos electronegativoelectronegativoelectronegatividad = 0.6electronegatividad = 0.6

Ntese que estos son los elementos que Ntese que estos son los elementos que estn en las esquinas diagonales de la tabla estn en las esquinas diagonales de la tabla peridicaperidica

Principio de igualacin de la electronegatividadPrincipio de igualacin de la electronegatividadToda especie qumica tiende a asociarse con Toda especie qumica tiende a asociarse con otra, de manera que al hacerlo, ambas otra, de manera que al hacerlo, ambas promedian su electronegatividadpromedian su electronegatividad

Tendencias generales de la Tendencias generales de la

La La electronegatividadelectronegatividad crece de izquierda a derecha a lo largo de un crece de izquierda a derecha a lo largo de un periodo periodo

Para los elementos representativos (bloques Para los elementos representativos (bloques ss y y pp) crece al subir en una ) crece al subir en una familia familia

Electronegatividad y polarizacinElectronegatividad y polarizacinPodemos usar la diferencia en la electronegatividad Podemos usar la diferencia en la electronegatividad entre entre

dos dos tomos para conocer la polaridad de su enlace:tomos para conocer la polaridad de su enlace:

En elEn el FF22 los electrones estlos electrones estn compartidos igualmente entre n compartidos igualmente entre los dos los dos tomostomosEl enlace es covalente noEl enlace es covalente no--polarpolar

En elEn el HFHF el el tomo detomo de flfloror tiene mayor electronegatividad tiene mayor electronegatividad que el que el tomo detomo de hidrhidrgenogeno

CompuestoCompuesto FF22 HFHF LiFLiF = (= ()) 4.04.0-- 4.0=04.0=0 4.04.0--2.1=1.92.1=1.9 4.04.0--1.0=3.01.0=3.0

TipoTipoCovalente noCovalente no--

polarpolarCovalente Covalente

polarpolarIIniconico

Electronegatividad y polarizacinElectronegatividad y polarizacinLos electrones no se comparten igualmente, el Los electrones no se comparten igualmente, el tomo de fltomo de flor or

atrae matrae ms densidad electrs densidad electrnica que el nica que el tomo detomo de HHEl enlace es covalente polarEl enlace es covalente polar..

En elEn el LiFLiF, , la electronegatividad del la electronegatividad del tomo de fltomo de flor es or es suficientemente grande como para despojar suficientemente grande como para despojar completamente de su electrcompletamente de su electrn al litio y el resultado es n al litio y el resultado es Un enlace iUn enlace iniconico

El enlace enEl enlace en HH--FF puede representarse aspuede representarse as::

Los sLos smbolosmbolos ++ y y -- indican las cargas parciales positiva y indican las cargas parciales positiva y negativa respectivamente. negativa respectivamente.

La flecha indica hacia donde jalan los electronesLa flecha indica hacia donde jalan los electrones

Porcentaje de carcter inico y Porcentaje de carcter inico y PaulingPauling mismo, deriva una relacimismo, deriva una relacin entre el carn entre el carcter icter inico y la nico y la

electronegatividad de una grelectronegatividad de una grfica de la diferencia de electronegatividad fica de la diferencia de electronegatividad vs.vs. el porcentaje de carel porcentaje de carcter icter iniconico

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.50

20

40

60

80

100

% C

arc

ter I

nic

o

Diferencia de electronegatividad ()

( )( ){ }A BCI e% = 141 100

Retomando la observacin experimentalRetomando la observacin experimental

EnlaceEnlace Energa (Energa (kJkJ/mol)/mol)HH--HH 432432ClCl--ClCl 242242HH--ClCl 438438

= 0.96 Quiere decir que es covalente pero polar

H Cl+

0

Parmetros de enlaceQue es un enlace qumico?Como est una molcula a diferentes temperaturas?Fuerza de enlaceLos parmetros por excelenciaDe que depende la energa de enlaceDistancias de enlaceS la distancia es muy grande hay enlace?Qu es un enlace largo?Establecer claras diferencias entre enlaces intermoleculares e intramolecularesCuantos compuestos y tipos de enlace existenPara entender el enlace no solo se ha recurrido a la evidencia experimental como distancias y energas de enlace, la qumica lLos modelos ms comunesRetomando la observacin experimental