semana_1 Naturaleza de la Electricidad, Magnitudes Eléctricas
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PROPIEDADES ELECTRICAS Y MAGNETICAS DE LAS
MOLECULAS
La composicin de las molculas Anlisis Qumico. Pesos moleculares Propiedades Coligativas.
Para una Reaccin Qumica se puede tratar de encontrar la secuencia de los tomos en la molcula (geometra) y para longitud de enlace, ngulos de enlace, polaridad, movimientos moleculares internos? Se utilizan Procedimientos mas refinados...
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(Z. Kristallogr. 225 (2010) 396-400)
La competencia que sobre los ncleos y las nubes electrnicas ejerce un campo elctrico puede reflejarse en propiedades como la actividad ptica o el ndice de refraccin.
MOMENTO DE DIPOLO: p, . Momentos de dipolo permanente : HCCl3 ,C6H5Br, C6H5 COOH.. Son molculas polares. Momento de dipolo inducido: una molcula apolar colocada en un campo elctrico
p= = f(, respuesta molecular) polarizabilidad = intensidad del campo elctrico.
rqp
En donde, p = vector p= D = Debye, D= 3.36x10-30 C.m
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Elementos de Circuitos
Los tres circuitos bsicos elementales son:
Carga elctrica La influencia de cargas, se caracteriza en trmino de las fuerzas entre ellas (Ley de Coulomb) y el campo elctrico y voltaje producido por ellas. Un coulombio de carga, es la carga que podra fluir por una lampara de luz de 120 Watts (120 Volts AC) en un seg. Dos cargas de un coulumb, separadas un metro se repeleran con una fuerza aprox. de un milln de toneladas.
La velocidad de flujo de la carga elctrica se llama la corriente elctrica y se mide en Amperes.
El protn es 1836 veces la masa del e-, pero es exactamente del mismo valor de la carga, uno positivo
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y el otro negativo. Ellos se atraen fuertemente. Dos protones o dos electrones se repelen fuertemente.
Campo Elctrico
El campo elctrico se define como la fuerza elctrica por unidad de carga. La direccin del campo se toma como la direccin de la fuerza que debera ejercerse sobre una carga positiva de ensayo. El campo elctrico sale radialmente desde una carga positiva y va radialmente hacia una carga negativa.
Campo Elctrico de una Carga Puntual
El campo elctrico de una carga puntual se puede obtener de la ley de Coulomb.
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Campo Elctrico del Dipolo
El campo elctrico del dipolo elctrico se puede construir como la suma vectorial del campo de carga puntual de las dos cargas, como se muestra en la figura.
Direccin del dipolo
Momento Dipolar en el agua La asimetra de la molcula de agua conlleva
aun momento de dipolo apuntando en el que
en el plano de simetra hacia los tomos mas positivos de hidrgeno. Este momento es
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Si tratar a este sistema como una carga
negativa de 10 electrones y una positiva de
10e, la separacin efectiva de los centros de carga positiva y negativa es
Los 0.0039 nm comparados con los cerca de 0.05 nm para el primer radio de Bohr en el
tomo de H, y los cerca de 0.15 nm para el radio efectivo del hidrgeno en la forma lquida, son pequeos comparados con el radio atmico.
La interaccin dipolar entre las molculas de agua representa una gran cantidad de energa interna y es el responsable del valor alto del calor especfico del agua. El momento de dipolo del agua permite la manipulacin para la interaccin con los campos elctricos de microondas en el horno microondas. Las microondas pueden adicionar energa a las molculas de agua, mientras que molculas sin momentos de dipolo no son afectadas
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Clculo de la distancia de enlace = q d
Los momentos de dipolo moleculares han sido tradicionalmente tabulados en unidades electrostticas en cuyo caso la carga del e- es 4.80e-10 esu (= (1.6e-19 C) (3e9 esu/C)). En los cristales de NaCl la distancia entre los iones de Na y Cl es 240 pm. Si la molcula de NaCl (en el gas) tiene la misma distancia entre los iones idealizados, cul es el
= q d = (1.60e-19) (240e-12 m) = 3.84e-29 C m. o en unidades cgs-esu = 4.8e-10 esu * 2.40e-8 cm = 11.5e-18 esu cm
En la unidad cgs-esu, 1e-18 esu cm define al Debye (smbolo D). Por tanto 1 D = 1e-18 esu cm = 3.355e-30 C m = 11.5 D para la molcula idealizada de NaCl en el gas Pero observado = 9 D en el NaCl gaseoso =3e-29 C m. La diferencia entre estos valores se debe entonces al modelo utilizado. Este debe ser modificado teniendo en cuenta la deslocalizacin parcial de las cargas o se podra incluir de alguna forma un carcter covalente en el enlace Na-Cl.
Momento de dipolo elctrico de algunas moleculas gaseosas
Molecula /D NaCl 9.0 KCl 10.3 CO 0.1 HF 1.8 HCl 1.1 HBr 0.8 H2O 1.8 SO2 1.6 N2O 0.2 NH3 1.5
Ejemplo: Si r= 1, q=carga elctrica elemental (e-), cul ser el momento de dipolo?
p = 1.602x10-19Cx1x10-10m=1.602x10-29 Cm. En D? p= 4.80 D
Ejemplo: Si asumir que el H-F es una molcula que se compone de dos iones, + y -. Cul es la distancia que separa estos dos iones para que el momento de dipolo sea 1.8D? (37.7 pm).
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Discusin: Cul es la distancia normal H-F? (92 pm, distancia observada)
Dividiendo la longitud de enlace aparente de 37.7 pm por la observada 92 pm se obtiene el carcter inico del enlace: 38/92= 41%.
Diagramas que presentan las interacciones in-dipolo, dipolo-dipolo en solucin.
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Para que sirve encontrar p? Para reconocer la estructura de la molcula y probar la funcin de onda calculadas. Un espectro rotacional de una molcula gaseosa presenta desplazamiento de las lneas si se aplica un campo elctrico fuerte: Efecto de Stark.
Por qu el Slido se disuelve en un solvente?
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Una ley afirma que lo semejante se mezcla con lo semejante Los Solventes pueden ser: Prticos polares (H unidos a tomos electronegativos, O, R-OH), (HOH), metanol (CH3OH), cido actico (CH3CO2H).
Dipolares aprticos: Aquellos que no contienen el enlace O-H. La mayora de estos solventes contienen C=O: acetona, acetato de etilo, etc
No polares: Son compuestos con bajos valores en las const. dielctricas y no se mezclan con el agua: C6H6, CCl4, etc.
No polares: Son compuestos con bajos valores en las const. dielctricas y no se mezclan con el agua: C6H6, CCl4, etc.
Solventes mas comunes para las reacciones orgnicas
Name Structure bp, oC dipole moment
dielectric constant
water H-OH 100 1.85 80 methanol CH3-OH 68 1.70 33 ethanol CH3CH2-OH 78 1.69 24.3
1-propanol CH3CH2CH2-OH 97 1.68 20.1
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1-butanol CH3CH2CH2CH2-OH 118 1.66 17.8
formic acid
100 1.41 58
acetic acid
118 1.74 6.15
formamide
210 3.73 109
.... .... .... .... ....
acetone
56 2.88 20.7
tetrahydrofuran (THF)
66 1.63 7.52
methyl ethyl ketone
80 2.78 18.5
ethyl acetate
78 1.78 6.02
acetonitrile
81 3.92 36.6
N,N-dimethylformamide (DMF)
153 3.82 38.3
dimethyl sulfoxide (DMSO)
189 3.96 47.2
.... .... .... .... ....
hexane CH3(CH2)4 CH3 69 ---- 2.02
benzene
80 0 2.28
diethyl ether CH3CH2OCH2CH3 35 1.15 4.34 methylene chloride CH2Cl2 40 1.60 9.08 carbon tetrachloride CCl4 76 0 2.24
Correlaciones Estructura-Propiedad
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A medida que la cadena crece, disminuye la constante dielctrica
PROPIEDADES ELECTRICAS Y MAGNETICAS DE LAS MOLECULASElementos de CircuitosCampo ElctricoCampo Elctrico de una Carga PuntualCampo Elctrico del DipoloMomento Dipolar en el aguaSolventes mas comunes para las reacciones orgnicasCorrelaciones Estructura-Propiedad