T EL ENLACE QUÍMICO Y SUS CLASES El enlace químico es una fuerza lo suficientemente intensa que actúa entre dos o más átomos para mantenerlos unidos formando especies diferenciadas. ¿POR QUÉ SE UNEN LOS ÁTOMOS?
Los átomos, moléculas e iones y se unen entre sí porque al hacerlo se llega a una situación de mínima energía, energía, lo que equivale a decir de máxima estabilidad. Son los electrones más externos, los también llamados electrones de valencia los responsables de esta unión.
Los enlaces se clasifican: Enlace iónico.
alente nte . Enlace cov ale Enlace interm olecu lares ón i ón-dipolo Interacci óg e n o Enlace de hidr ón d i p o l o -d Interacci -d i p o l o Fuerz Fuerzas as de Londo n
. En lac e m etáli c o
TEMA 7. FUERZAS INTERMOLECULARES, LÍQUIDOS Y SÓLIDOS 1.- Interacción ión-dipolo 2.- Enlace de hidrógeno 3.- Interacción didpolo-dipolo 4.- Interacción dipolo- dipolo inducido 5.- Interacción dipolo Instantáneo-Dipolo Inducido 6.- Estados de la materia. Cambios de estado 7.- Algunas propiedades de los líquidos 8.- Presión de vapor 9.- Diagramas de fases 10.- Estructura de sólidos: Celdas unitariarias
FUERZAS INTERMOLECULARES
Las fuerzas que unen las moléculas entre sí reciben el nombre genérico de fuerzas de Intermoleculares. La magnitud de estas fuerzas depende del número de electrones, del tamaño de la molécula y de la forma molecular , y pueden ser de los siguientes si guientes tipos:
Interacción
ión – dipolo
“Enlace”
o puente de hidrógeno
Fuerzas
de orientación dipolo – dipolo
Fuerzas Fuerzas
inducido
dipolo – dipolo inducido de dispersión de dipolo instantaneo dipolo
Fuerzas ión-dipolo -Interacción entre un ión (Na+ ó Cl-) y un dipolo (una molécula dipolar =agua) - Son las más fuertes de las fuerzas intermoleculares
Enlaces de hidrógeno El enlace de hidrógeno se produce entre moléculas que tienen hidrógeno unido (enlazado) a un elemento electronegativo y pequeño: F, O y N.
“Enlace” o puente de hidrógeno (continuación)
se clasifican en: Interacciones dipolo-dipolo: ocurren cuando moléculas con dipolos permanentes interactúan, los dipolos deben orientarse y son muy sensibles a la orientación, distancia y temperatura. . Interacciones dipolo-dipolo inducido, dependen de la polarizabilidad de la molécula neutra. Interacción dipolo inducido-dipolo inducido. A estas fuerzas se les denominan fuerzas de London o de dispersión, estas fuerzas son importantes en moléculas con una elevada proximidad y decaen rápidamente con la distancia.
Fuerzas dipolo-dipolo - Interacción entre un dipolo en una molécula y un dipolo en la molécula adyacente. - Las fuerzas dipolo-dipolo existen entre moléculas polares neutras. -Son fuerzas más débiles que las fuerzas ión-dipolo.
HCl y H2O
Fuerzas dipolo-dipolo inducido. Se da entre moleculas: Covalentes Polares- Covalentes No Polares
H2O +
O2
-
+
-
Fuerzas dipolo instantáneo -dipolo inducido. Se da entre moleculas: Covalentes no Polares- Covalentes No Polares
O2
+
O2
-
+
-
Fuerzas de London ó dipolo instantáneo-dipolo inducido
Gases nobles NºElec P.A
Halógenos P.E.ºC
Hidrocarburos
NºElec P.M P.E.ºC
NºElec P.M P.E.ºC
He
2
4
-269
F2
18
38
-188
CH4
10
16
-161
Ne
10
20
-246
Cl2
34
71
-34
C2H6
18
30
-88
Ar
18
40
-186
Br 2
70
160
59
C3H8
26
44
-42
Kr
36
84
-152
I2
106
254
184
C4H10
34
58
0
CAMBIOS DE ESTADO sublimación
vaporización
fusión
SÓLIDO
LÍQUIDO
solidificación
GASEOSO
condensación deposición
Curva de calentamiento para el agua
T (ºC)
agua + vapor
hielo + agua
540 kcal/kg 80 kcal/kg 0 1 kcal/kg·ºC
0.5 kcal/kg·ºC
q
hielo
agua
vapor
LÍQUIDOS
Presión de vapor de un líquido: presión ejercida por su vapor cuando los estados líquido y gaseoso están en equilibrio dinámico.
Sistema cerrado
Cuando la velocidad de evaporación iguala la velocidad de condensación
Presión del gas constante Equilibrio dinámico
Equilibrio entre las fases H2O (l) H2O (g)
Curva de presión de vapor de un líquido 1100 1000 900 800 700
g H 600 m m 500 / P 400
Líquido
Gas
La curva nos informa de situaciones de equilibrio líquido-gas.
300 200 100
Curva de equilibrio entre fases
0 0
10
20
30
40
50
60
T/ºC
70
80
90
100
110 120
Cada punto nos da una pareja de valores (P, T) para los cuales existe equilibrio
¿Cuándo hierve un líquido? Cuando Pvap = Pext Si, a una P dada, T > Teb : La fase más estable es el gas. Si, a una P dada, T < Teb : La fase más estable es el líquido.
Ecuación de Clausius-Clapeyron
Ln P = -A ( 1 ) + B T ΔHvap; R = 8,3145 J mol-1 K-1 A = R ΔHvap P2 Ln = ( 1 - 1) P1 T1 T2 R
SÓLIDOS
TIPOS DE SÓLIDOS • Sólidos cristalinos – Los átomos, iones o moléculas se empaquetan en un arreglo ordenado • Sólidos covalentes ( diamante, cristales de
cuarzo), sólidos metálicos, sólidos iónicos.
• Sólidos amorfos – No presentan estructuras ordenadas • Vidrio y hule
SÓLIDOS CRISTALINOS • La estructura del sólido cristalino se representa
mediante la repetición de la celda unidad en las tres direcciones del espacio
Celda unidad
Translación eje y
Translación eje X
Translación eje Z
SÓLIDOS CRISTALINOS Tipos de celdas unitarias
Sistemas cúbico tetragonal ortorrómbico monoclínico triclínico hexagonal romboédrico
a=b=c a = b c a b c a b c a b c a = b c a=b=c
a = b = g =90º a = b = g =90º a = b = g =90º a = g =90º b90º a b g 90º a = b =90º g =120º a=b= g 90º
SÓLIDOS CRISTALINOS • Tipos de cristales – Cristales iónicos • Características – La cohesión se debe a enlaces iónicos (50-100 kJ/mol) – Formados por especies cargadas – Aniones y cationes de distinto tamaño • Propiedades – Duros y quebradizos – Puntos de fusión altos – En estado líquido y fundido son buenos conductores de la electricidad • Ejemplos
Estructuras cristalinas de algunas sustancias iónicas
Cloruro de sodio (CCC)
Cloruro de cesio (CCI)
SÓLIDOS CRISTALINOS • Tipos de cristales – Cristales metálicos • Características – Cada punto reticular está formado por un átomo de un metal – Los electrones se encuentran deslocalizados en todo el cristal • Propiedades – Resistentes debido a la deslocalización – Debido a la movilidad de los electrones, buenos conductores de la electricidad • Ejemplos
Red cristalina del sodio. Cúbica centrada en el cuerpo
Red cristalina del Calcio. Cúbica centrada en las caras
Red cristalina del Berilio. Hexagonal compacta
SÓLIDOS CRISTALINOS • Tipos de cristales – Cristales covalentes • Características – La cohesión cristalina se debe únicamente a enlaces covalentes (100-1000 kJ/mol) • Propiedades – Duros e incompresibles – Malos conductores eléctricos y del calor
Diamante Grafito
Grafeno
SÓLIDOS CRISTALINOS • Tipos de cristales – Cristales moleculares • Características – Formados por moléculas – Unidos por fuerzas de Vas der Waals (1 kJ/mol) o enlaces por puentes de H • Propiedades – Blandos, compresibles y deformables – Puntos de fusión bajos – Malos conductores del calor y electricidad • Ejemplos – SO2, I2, H2O(s)
Estructura sólida del agua
Diagrama de fases para el agua C : punto crítico Característico de cada sustancia (agua: Tc = 374ºC, Pc = 218 atm)
Tfus normal
Teb normal
Línea OC : Curva del equilibrio líquido gas (curva de Pvap) Línea OD: Curva del equilibrio sólido líquido Línea OA: Curva del equilibrio sólido gas
