tema 3 : enlace covalente - home | universidad de …fgarciac/pdf_biologos/ch03 [modo de...química...
TRANSCRIPT
Química 2009-10
1
Francisco García Calvo-Flores
Tema 3 : Enlace covalente
Contents3-1 Enlace covalente3-2 Teoría de Lewis3-3 Electronegatividad y potencial elestrostático3-4 Teoría de repulsión de pares de e de valencia3-5 Teoría de enlaces de valencia3-6 Hibridación3-7 Enlaces del Carbono3-8 Orbitales moleculares3-9 Enlace metálico3-10 Enlace y propiedades
Tema 3 Diapositiva 2 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
2
Enlace covalente
• Resultante del hecho de compartir electrones
• Fuerza resultante entre fuerzas atractivas electrones-núcleos y repulsivas electrón-electrón y núcleo-núcleo
Tema 3 Diapositiva 3 de 76F. G. Calvo-Flores
Diagrama de energía potencial
Tema 3 Diapositiva 4 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
3
Teoría de Lewis
• Electrones de valencia juegan un papel fundamental.T f i t t l d ll• Transferencia total de e- lleva a enlaces iónicos
• Compartir e- lleva a enlaces covalentes
• Los átomos tienden a adquirir la configuración de gas noble porconfiguración de gas noble por transferencia o compartición (teoría del octeto) Gilbert Newton Lewis (1875 –1946)
Tema 3 Slide 5 of 43F. G. Calvo-Flores
Símbolos de Lewis
• El símbolo del elemento representa el núcleo y los electrones que rodena al núcleo salvo l d l ilos e- de valencia.
• Con puntos se representan los e- valencia.
Si•
••
•
•• •• •• •• ••N••
• P••
• As••
• Sb••
• Bi••
•
••Al••
• Se•• •••
Ar••
••
••I •••
••
••
Tema 3 Diapositiva 6 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
4
Estructuras de Lewis en compuestos iónicos
Ba•
• O•••
•••
••O••
••
••Ba
2+ 2-BaO
Mg•
•
Cl•••
••
••Cl••
••Cl••
••
••Mg
2+ -2MgCl2
Cl•••
••
Tema 3 Diapositiva 7 de 76F. G. Calvo-Flores
Enlaces covalentes
Tema 3 Diapositiva 8 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
5
Elementos que forman moléculas diatómicas
F. G. Calvo-Flores Tema 3 Diapositiva 9 de 76
Enlaces covalentes coordinados
+
HN ••
HH
HNH
HH
H
+
Cl ••Cl••
••
••
-
Tema 3 Diapositiva 10 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
6
• Enlace doble
Enlaces múltiples
C••
••
O••
• •• •
O••
• •
• •CO O
•
••
•••
••
••
••
• Enlace triple
•• • • •
•CO O ••
•••
••••
••CO O
••
••
••
••
N••
••
•N N
•
••
•
•
••
•N••
•••
N N•
••••
•N N ••••
Tema 3 Diapositiva 11 de 76F. G. Calvo-Flores
Carga formal
• Cf = V–(N + ½ P)V ú d l d l i• V = número de electrones de valencia
• N = número de electrones no enlazantes• P = número de electrones compartidos
Tema 3 Diapositiva 12 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
7
Estructuras de Lewis
• Se representan todos los electrones de valenciavalencia .
• Los electrones selen estar apareados• Los átomos suelen estar rodeados de ocho
electrones salvo el H que lo está de dos• Se representan los enlaces multiples• Se representan los enlaces multiples
– C, N, O, S, P.
Tema 3 Diapositiva 13 de 76F. G. Calvo-Flores
Estructura desarrollada
H H
• Átomo/s central/el y atomo/s terminal/es
CHH
HC
HO
• Los hidrógenos son siempre terminales• Los átomos centrales tienen la menor
electronegatividadelectronegatividad• El carbono es siempre central• Generalmente la estructuras son compactas y
simétricasTema 3 Diapositiva 14 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
8
Resonancia
• Moléculas que se representan con más de una estructura de Lewis
O O O O O O••••••
••
••••
••••
••••
••
••+ +- -
O O O•••• ••+ -½ -½ O O O••••
Tema 3 Diapositiva 15 de 76F. G. Calvo-Flores
Excepciones a la regla del octeto
• Especies con un nº de e- impar.
N=O ••
••
•••
H C H
H
•O—H••H—C—H •
O H••
Tema 3 Diapositiva 16 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
9
Excepciones a la regla del octeto
• Octetos Incompletos
B
F
FF
••••
••
B
F
FF
-
+
••
•• ••
B
F
FF
••
-
+
•• ••
Tema 3 Diapositiva 17 de 76F. G. Calvo-Flores
Excepciones a la regla del octeto
• Octetos expandidos.
P
Cl
ClCl
••••
••
P
Cl
Cl
Cl
••••
••
Cl
ClS
F
F
F
••••
••
F
F
F••
••
••
••
Tema 3 Diapositiva 18 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
10
Capas de valencia expandidas
Tema 3 Diapositiva 19 de 76F. G. Calvo-Flores
Electronegatividad
Tema 3 Diapositiva 20 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
11
Porcentaje de enlace iónico
Tema 3 Diapositiva 21 de 76F. G. Calvo-Flores
Mapas de potencial electrostático
NaCl Cl2H Cl
δ+ δ-
Iónico Covalente polar Covalente no polar
HCl
Tema 3 Diapositiva 22 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
12
Teoría de repulsión de pares de e de valencia
• VSEPR: Valence-Shell Electron-Pair Repulsion modelRepulsion model
• Los pares de electrones que forman parte de los enlaces covalentes o pares no enlazantes repelen adoptando una posición que minimice la energía de repulsióng p
Tema 3 Diapositiva 23 de 76F. G. Calvo-Flores
Modelo de globos
Tema 3 Diapositiva 24 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
13
Sistema de dos pares de e-
Tema 3 Diapositiva 25 de 76F. G. Calvo-Flores
Sistema de tres pares de e-
Tres pares enlazantesTres pares enlazantes
Dos pares enlazantes
Tema 3 Diapositiva 26 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
14
Sistema de cuatro pares de e-
Tema 3 Diapositiva 27 de 76F. G. Calvo-Flores
Sistema de cinco pares de e-
Tema 3 Diapositiva 28 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
15
Sistema de cinco pares de e-
Tema 3 Diapositiva 29 de 76F. G. Calvo-Flores
Sistema de seis pares de e-
Tema 3 Diapositiva 30 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
16
Sistema de seis pares de e-
Tema 3 Diapositiva 31 de 76F. G. Calvo-Flores
ResumenPares de e-
Enlazantes no enlazantes geometría
Tema 3 Diapositiva 32 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
17
ResumenPares de e-
Enlazantes no enlazantes geometría
Tema 3 Diapositiva 33 de 76F. G. Calvo-Flores
ResumenPares de e-
Enlazantes no enlazantes geometría
Tema 3 Diapositiva 34 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
18
Longitud de enlace
Tema 3 Diapositiva 35 de 76F. G. Calvo-Flores
Energías de enlace
Tema 3 Diapositiva 36 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
19
Energías de enlace
Tema 3 Diapositiva 37 de 76F. G. Calvo-Flores
Teoría de enlaces de valencia
• Modelo mecano-cuántico de teoría de enlaceL l d l i t d• Los enlaces se dan por solapamiento de orbitales atómicos
• Loa átomos conserva sus orbitales pero los electrones está compartidos entre los átomos
• Cuanto mayor es el solapamiento más fuerteCuanto mayor es el solapamiento más fuerte es el enlace
• No justifica ciertas geometrías
Tema 3 Diapositiva 38 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
20
Enlaces de valencia
Enlaces sigma (σ)
Tema 3 Diapositiva 39 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación
• Caso del metano CH4
Tema 3 Diapositiva 40 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
21
Hibridación sp3
Tema 3 Diapositiva 41 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación sp3
Tema 3 Diapositiva 42 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
22
Hibridación sp3: metano
Tema 3 Diapositiva 43 de 76F. G. Calvo-Flores
Metano y amoniaco
Tema 3 Diapositiva 44 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
23
Estructura del agua
Tema 3 Diapositiva 45 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación sp2 (Boro)
Tema 3 Diapositiva 46 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
24
Hibridación sp2
Tema 3 Diapositiva 47 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación sp2 para el carbono
Tema 3 Diapositiva 48 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
25
Hibridación sp (berilio)
Tema 3 Diapositiva 49 de 76F. G. Calvo-Flores
Otras hibridaciones
Tema 3 Diapositiva 50 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
26
Enlaces del C
• El carbono puede formar enlaces consigo mismomismo– Sencillos C-C– Dobles C=C– Triples C≡C
• Cadenas y ciclosCade as y c c os• Con otros elementos
– H, O, N, X, Metales C
Tema 3 Diapositiva 51 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación sp3
Tema 3 Diapositiva 52 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
27
Hibridación sp3
Tema 3 Diapositiva 53 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación sp3
Tema 3 Diapositiva 54 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
28
Hibridación sp3
Tema 3 Diapositiva 55 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación sp2
Tema 3 Diapositiva 56 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
29
Hibridación sp2 : enlaces dobles
Tema 3 Diapositiva 57 de 76F. G. Calvo-Flores
Hibridación sp2 : enlaces dobles
Tema 3 Diapositiva 58 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
30
Hibridación sp : enlaces triples
Tema 3 Diapositiva 59 de 76F. G. Calvo-Flores
Enlace triple en el C
Tema 3 Diapositiva 60 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
31
Longitudes y ángulos de enlace
Tema 3 Diapositiva 61 de 76F. G. Calvo-Flores
Con hibridación sp3
C-C , C-H, C-X, C-O, C-S, C-N, , , , ,
Con hibridación sp2
C=C, C=O, C=N, C=S
Con hibridación sp-CΞC, -CΞN,
Tema 3 Diapositiva 62 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
32
Teoría de orbitales moleculares
• Orbitales atómicos: F ió d d l d d d ib l– Función de onda al cuadrado describe la probabilidad de encontrar al electrón en un átomo dado
• Orbital molecular: – Función de onda al cuadrado describe la
probabilidad de encontrar al electrón en una molécula
Tema 3 Diapositiva 63 de 76F. G. Calvo-Flores
Orbitales moleculares
• Combinación lineal de orbitales atómicosΨ + Ψ– Ψ1 = φ1 + φ2 Ψ2 = φ1 - φ2
Tema 3 Diapositiva 64 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
33
Molécula de Hidrógeno
Tema 3 Diapositiva 65 de 76F. G. Calvo-Flores
Orden de enlace
• Las moléculas estables tienen un mayor nº de electrones enlazantes que antienlazantesde electrones enlazantes que antienlazantes
Orden de enlace =(nº e- enlazantes – nº e- antienlazantes)
2
Tema 3 Diapositiva 66 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
34
Orbitales implicados
• El primer periodo: – sólo se usan orbitales s
• Segundo periodo: – se usan orbitales s y p
• Solapamiento con orbitales p– Uniones sigma (σ)– Uniones pi (π)
Tema 3 Slide 67 of 43F. G. Calvo-Flores
Combinación de orbitales p
Tema 3 Diapositiva 68 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
35
OM primer periodo
OE = (1-0)/2 = ½
OE = (e-enlaz. - e-
antienlaz )/2
OE (1-0)/2 ½ H2+
OE = (2-0)/2 = 1 H2
OE = (2-1)/2 = ½ He2+
OE = (2-2)/2 = 0 He2
Tema 3 Diapositiva 69 de 76F. G. Calvo-Flores
OM en moléculas heteroatómicas
Tema 3 Diapositiva 70 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
36
Enlace metálico
• Teoría del mar de electrones
Fuerza aplicada
Tema 3 Diapositiva 71 de 76F. G. Calvo-Flores
Enlace metálico
• Teoría de bandasE t ió t í OM– Extensión teoría OM
• N/2 están llenosBanda de valencia.
• N/2 están vacíos.Banda de conducciónBanda de conducción
Tema 3 Diapositiva 72 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
37
Conductores y no conductores
Tema 3 Diapositiva 73 de 76F. G. Calvo-Flores
Semiconductores
Tema 3 Diapositiva 74 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
38
Propiedades de las sustancias iónicas
• Las sustancias iónicas se encuentran en la naturaleza formando redes cristalinas, por tanto son sólidas.
• Su dureza es bastante grande, y tienen por lo tanto puntos de fusión y ebullición altos.
• Son solubles en disolventes polares como el aguaagua.
• Disueltos o fundiados tienen una conductividad alta.
Tema 3 Diapositiva 75 de 76F. G. Calvo-Flores
Propiedades de los compuestos covalentes.• Los compuestos covalentes suelen presentarse en
estado líquido o gaseoso aunque también pueden ser sólidos.
• Sus puntos de fusión y ebullición no suelen ser elevados.
• La solubilidad de estos compuestos es elevada en disolventes polares, y nula su capacidad conductora.conductora.
• Los sólidos covalentes macromoleculares, tienen altos puntos de fusión y ebullición, son duros, malos conductores y en general insolubles.
Tema 3 Diapositiva 76 de 76F. G. Calvo-Flores
Química 2009-10
39
Propiedades de los metales
• Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus puntos de fusión y b lli ió í t bl tebullición varían notablemente.
• Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas.
• Presentan brillo metálico. • Son dúctiles y maleables. • Pueden emitir electrones cuando reciben energía
en forma de calor.
Tema 3 Diapositiva 77 de 76F. G. Calvo-Flores