Décimo quinta sesión Estructura molecular (2). Porcentaje de carácter iónico Linus Pauling.Linus Pauling

Décimo quinta sesiónDécimo quinta sesión

Estructura molecular (2)

Porcentaje de carácter iónicoPorcentaje de carácter iónico

• Linus Pauling.Linus Pauling.

4.1

BA χχ 18 %CI

Dos átomos están suficientemente cercanos como para que sus orbitales se mezclen

Sus valores de electronegatividad son…

similares muy diferentes

Enlace iónico

Metales No metales

Enlace metálico Enlace covalente

Sus valores de electronegatividad son…

Muy cercanos Diferentes

Enlace covalente no polar Enlace covalente polar

• Anton Eduard vAnton Eduard van an Arkel -en la Arkel -en la fotografía- (1893-fotografía- (1893-1976) y J.A.A. 1976) y J.A.A. Ketelaar en los Ketelaar en los años 40:años 40:

Triángulo de Van Arkel-KetelaarTriángulo de Van Arkel-Ketelaar

• Michael Laing.Michael Laing.

• En 1993.En 1993.

Tetraedro de LaingTetraedro de Laing

Teorías de estructura y el Teorías de estructura y el tetraedro de Laingtetraedro de Laing

Tarea 34Tarea 34

¿Cuál de los siguientes enlaces será ¿Cuál de los siguientes enlaces será iónico?iónico?

a)a) H - H H - H

b)b) O - ClO - Cl

c)c) Na - FNa - F

d)d) C – NC – N

e)e) Cs - FCs - F

f)f) Zn – ClZn – Cl

Escriba las estructuras de Lewis Escriba las estructuras de Lewis para las siguientes moléculas:para las siguientes moléculas:

a)a) HFHF

b)b) CClCCl44

c)c) COCO

d)d) COCO22

Tarea 35Tarea 35

Escriba las estructuras de Lewis Escriba las estructuras de Lewis para las siguientes moléculas:para las siguientes moléculas:

a)a) NHNH44++

b)b) CC22HH66

c)c) CC22HH44

d)d) CC22HH22

e)e) HCl HCl

f)f) HCNHCN

Tarea 36Tarea 36

Teoría de Enlace Teoría de Enlace (Unión) Valencia(Unión) Valencia

• Walter Heinrich Walter Heinrich Heitler (1904-Heitler (1904-1981) y Fritz 1981) y Fritz London (1900-London (1900-1954).1954).

• En 1927: En 1927:

Teoría de enlace valenciaTeoría de enlace valencia

• Teoría de unión valencia cuantitativa.Teoría de unión valencia cuantitativa.

• Método aproximado para resolver la Método aproximado para resolver la ecuación de Schrödinger.ecuación de Schrödinger.

• Ión molecular de Hidrógeno: HIón molecular de Hidrógeno: H22++

Teoría de enlace valencia (2)Teoría de enlace valencia (2)

• Teoría de unión valencia cuantitativa.Teoría de unión valencia cuantitativa.

• Método aproximado para resolver la Método aproximado para resolver la ecuación de Schrödinger.ecuación de Schrödinger.

• Ión molecular de Hidrógeno: HIón molecular de Hidrógeno: H22++

H + HH + H++ H H22++


RAB

A B

e

rA rB

Núcleos FijosNúcleos Fijos

• Max Born (Max Born (1882-1882-1970)1970) y y Julius Julius Robert (1904-Robert (1904-1966) 1966) Oppenheimer Oppenheimer

• Aproximación de Aproximación de Born-Born-Oppenheimer.Oppenheimer.


E H

R

e

r

e

r

e H

:atómicas unidadesEn

V T H

AB

2

B

2

A

22


• Heitler y London proponen construir Heitler y London proponen construir funciones de onda aproximadas que funciones de onda aproximadas que resuelvan la ecuación de Schrödinger resuelvan la ecuación de Schrödinger para el Hpara el H22

++. Consideremos los dos . Consideremos los dos estados:estados:

HHAA + H + HBB++ 11

HHAA++ + H + HBB 22


• Y proponemos a las funciones solución Y proponemos a las funciones solución como combinaciones lineales de las como combinaciones lineales de las funciones que describen los dos funciones que describen los dos estados posibles.estados posibles.

2211 cc Ψ


• La energía debe minimizarse: La energía debe minimizarse:

E

H2+ H2

+

EHA HA

+HB+ HB

0c

E

1

0c

E

2


1cc

1cc

21

21

• Dos formas en que se encuentra un Dos formas en que se encuentra un mínimo:mínimo:


21

21

• Y se encuentran dos funciones de Y se encuentran dos funciones de onda:onda:


1d2

• Las funciones de onda deben cumplir Las funciones de onda deben cumplir con el postulado de Born:con el postulado de Born:


• Con lo que se obtiene:Con lo que se obtiene:

)(2

1

)(2

1

21

21


• Y las densidades electrónicas serían:Y las densidades electrónicas serían:

)2(2

1

)2(2

1

2122

21

2

2122

21

2

¿Qué significa?¿Qué significa?

Átomos separadosÁtomos separados

A BA B

2A 2

A2B 2

B


• Orbital de enlace:Orbital de enlace:

)2(2

121

22

21

2

EnlaceEnlace

A BA B

)2(2

121

22

21

2


• Orbital de antienlace:Orbital de antienlace:

)2(2

121

22

21

2

AntienlaceAntienlace

A B A B


A B

A B

A B

A B

A B

A B


Molécula de HidrógenoMolécula de Hidrógeno

A B

RAB

e1 e2

rA1 rB2

rB1

rA2

r12

Molécula de Hidrógeno (2)Molécula de Hidrógeno (2)

12

2

AB

2

B2

2

B1

2

A2

2

A1

2

r

e

r

e

r

e-

r

e-

r

e-

r

e- V


1B

2A2

2B

1A1

HH

HH

A B

A B

1

2

2

1


1cc

1cc

ccN

21

21

2211


CalculadaCalculada ExperimentalExperimental

E (eV)E (eV) 3.143.14 4.74664.7466

R (R (Ǻ)Ǻ) 0.870.87 0.741160.74116

ResonanciaResonancia

• Trucos para construir la función de Trucos para construir la función de onda adecuada para poder resolver la onda adecuada para poder resolver la Ecuación de Schödinger.Ecuación de Schödinger.

• Las formas resonantes no existen en la Las formas resonantes no existen en la realidad.realidad.

1B

2A2

2B

1A1

HH

HH

Resonancia (2)Resonancia (2)

1.1. Las formas resonantes deben tener Las formas resonantes deben tener energías semejantes.energías semejantes.

2.2. Los núcleos deben ocupar las Los núcleos deben ocupar las mismas posiciones relativas en todas mismas posiciones relativas en todas las formas resonantes.las formas resonantes.

3.3. Todas las formas resonantes deben Todas las formas resonantes deben tener el mismo número de electrones tener el mismo número de electrones despareados.despareados.


• Las funciones de onda se escriben a Las funciones de onda se escriben a partir de las formas resonantes:partir de las formas resonantes:

nn2211 c...ccN

NitrometanoNitrometano

DistanciaDistancia

N-ON-O

1.31 1.31 ǺǺ

DistanciaDistancia

N=ON=O

1.2 1.2 ǺǺ

Distancia N O en el Distancia N O en el NitrometanoNitrometano

1.22 1.22 ǺǺ

Nitrometano (2)Nitrometano (2)

• Se proponen las Se proponen las formas formas resonantes:resonantes: I

II

Bióxido de CarbonoBióxido de Carbono

DistanciaDistancia

C=OC=O

1.22 1.22 ǺǺ

DistanciaDistancia

CCOO

1.10 1.10 ǺǺ

Distancia C O en el Distancia C O en el Bióxido de CarbonoBióxido de Carbono

1.15 1.15 ǺǺ

Bióxido de Carbono (2)Bióxido de Carbono (2)

• Se proponen las Se proponen las formas formas resonantes:resonantes:

I

II

III

BencenoBenceno

DistanciaDistancia

C-CC-C

1.54 1.54 ǺǺ

DistanciaDistancia

C=CC=C

1.32 1.32 ǺǺ

Distancia C C en el Distancia C C en el BencenoBenceno

1.39 1.39 ǺǺ

Benceno (2)Benceno (2)

• Se proponen las Se proponen las formas formas resonantes:resonantes:

Kekulé

Dewar

I II

III IV V

VVIVIVIIIIIIIIIIII cccccN


• Las formas resonantes no tienen Las formas resonantes no tienen existencia real, sólo son un truco para existencia real, sólo son un truco para escribir una mejor función de onda.escribir una mejor función de onda.

• A veces se confunde con tautomería.A veces se confunde con tautomería.

TautomeríaTautomería

• Tautomería ceto-enol:Tautomería ceto-enol:

CH3-C-CH3 CH3-C-CH3 CH3-C=CH2 CH3-C=CH2

O OHO OH

Forma cetónica Forma Forma cetónica Forma enólicaenólica

• En la tautomería los átomos no ocupan En la tautomería los átomos no ocupan las mismas posiciones relativas.las mismas posiciones relativas.

Pauling y SlaterPauling y Slater

Teoría de enlace valencia Teoría de enlace valencia cualitativa.cualitativa.

PaulingPauling

Orbitales híbridosOrbitales híbridos

• Los orbitales de valencia de los átomos Los orbitales de valencia de los átomos que se acercan a un átomo central para que se acercan a un átomo central para formar un enlace, perturban los formar un enlace, perturban los orbitales de éste.orbitales de éste.

Orbitales híbridos (2)Orbitales híbridos (2)

• Los orbitales del Los orbitales del átomo centralátomo central se se hibridan.hibridan.

• La hibridación es la mezcla de La hibridación es la mezcla de orbitales atómicos que orbitales atómicos que pertenecen a la capa de valencia pertenecen a la capa de valencia para formar nuevos orbitales para formar nuevos orbitales apropiados para la descripción apropiados para la descripción cualitativa de las propiedades del cualitativa de las propiedades del enlace.enlace.

Orbitales híbridos (3)Orbitales híbridos (3)

• Los orbitales híbridos son muy Los orbitales híbridos son muy útiles para explicar la forma de útiles para explicar la forma de los orbitales (y las densidades los orbitales (y las densidades electrónicas) en las moléculas y electrónicas) en las moléculas y por lo tanto su geometría.por lo tanto su geometría.

• La hibridación es parte integral de La hibridación es parte integral de la teoría de enlace valencia.la teoría de enlace valencia.

Hibridación spHibridación sp

• El orbital sp es una combinación lineal El orbital sp es una combinación lineal de los orbitales de valencia s y p del de los orbitales de valencia s y p del átomo central:átomo central:

ACAC ppsssp ccN

Hibridación spHibridación sp

• Un orbital s y un orbital p dan 2 Un orbital s y un orbital p dan 2 orbitales sporbitales sp

• Geometría lineal. Moléculas del tipo Geometría lineal. Moléculas del tipo AXAX22, v.g. BeCl, v.g. BeCl22, BeF, BeF22

BeFBeF22

44Be: 1sBe: 1s22 2s 2s22

• Los átomos de F que se acercan, Los átomos de F que se acercan, hacen que el Berilio pase primero hacen que el Berilio pase primero al estado excitado: al estado excitado:

1s1s22 2s 2s22 1s 1s22 2s 2s112p2pxx11

• Posteriormente 2s y 2p se Posteriormente 2s y 2p se hibridan:hibridan:

1s1s22 2s 2s112p2pxx11 1s 1s22 (sp) (sp)11 (sp) (sp)11

BeFBeF22

99F: 1sF: 1s22 2s 2s22 2p 2pxx22ppyy

22ppzz11

• Los electrones del orbital pLos electrones del orbital pzz de los de los

2 átomos de Flúor se aparean con 2 átomos de Flúor se aparean con los nuevos orbitales sp del átomo los nuevos orbitales sp del átomo central Berilio central Berilio

BeFBeF22

Hibridación spHibridación sp22

• El orbital spEl orbital sp22 es una combinación es una combinación lineal de los orbitales de valencia s, plineal de los orbitales de valencia s, pxx y py pyy del átomo central: del átomo central:

ACyyACxAC

2 ppppssspcccN

x


• Un orbital s y dos orbitales p dan Un orbital s y dos orbitales p dan 3 orbitales sp3 orbitales sp22

• Geometría triangular (trigonal).Geometría triangular (trigonal).

120º

BFBF33

55B: 1sB: 1s22 2s 2s222p2pxx11

• Los átomos de F que se acercan, Los átomos de F que se acercan, hacen que el B pase primero al hacen que el B pase primero al estado excitado: estado excitado:

1s1s22 2s 2s222p2pxx11 1s 1s22 2s 2s112p2pxx

112p2pyy11

• Posteriormente 2s, 2pPosteriormente 2s, 2pxx y 2p y 2pyy se se

hibridan:hibridan:

BFBF33

1s1s22 2s 2s112p2pxx112p2pyy

11

1s1s22 (sp (sp22))11(sp(sp22))11(sp(sp22))11

99F: 1sF: 1s22 2s 2s22 2p 2pxx22ppyy

22ppzz11

• Los electrones del orbital pLos electrones del orbital pzz de los de los

3 átomos de Flúor se aparean con 3 átomos de Flúor se aparean con los nuevos orbitales splos nuevos orbitales sp22 del átomo del átomo central Boro central Boro

BFBF33

120º


• El orbital spEl orbital sp33 es una combinación es una combinación lineal de los orbitales de valencia s, plineal de los orbitales de valencia s, pxx, ,

ppyy y p y pzz del átomo central: del átomo central:

ACzzACyyACxAC

3 ppppppssspccccN

x


• Un orbital s y tres orbitales p dan Un orbital s y tres orbitales p dan 4 orbitales sp4 orbitales sp33

• Geometría tetraédrica.Geometría tetraédrica.

• CHCH44, CCl, CCl44


CHCH44

66C: 1sC: 1s22 2s 2s222p2pxx112p2pyy

11

• Los átomos de H que se acercan, Los átomos de H que se acercan, hacen que el C pase primero al hacen que el C pase primero al estado excitado:estado excitado:

1s1s222s2s222p2pxx112p2pyy

11 1s 1s222s2s112p2pxx112p2pyy

112p2pzz11

CHCH44

• Posteriormente 2s, 2pPosteriormente 2s, 2pxx , 2p , 2pyy y 2p y 2pzz

se hibridan:se hibridan:

1s1s22 2s 2s112p2pxx112p2pyy

112p2pzz11

1s1s22 (sp (sp33))11(sp(sp33))11(sp(sp33))11(sp(sp33))11

• Los electrones del orbital s de los Los electrones del orbital s de los 4 átomos de Hidrógeno se aparean 4 átomos de Hidrógeno se aparean con los nuevos orbitales spcon los nuevos orbitales sp33 del del átomo central Carbonoátomo central Carbono

CHCH44

ResumenResumen

HibridaciónHibridación GeometríaGeometría ÁnguloÁngulo

spsp LinealLineal 180180ºº

spsp22 TriangularTriangular 120120ºº

spsp33 TetraédricaTetraédrica 109.5109.5ºº

¿Y si hay orbitales d?¿Y si hay orbitales d?

Las más comunesLas más comunes

spsp33dd

• Bipirámide triangularBipirámide triangular

spsp33dd22

• OctaédricaOctaédrica

ResumenResumen

HibridaciónHibridación GeometríaGeometría DibujitoDibujito

spsp LinealLineal

spsp22 TriangularTriangular

spsp33 TetraédricaTetraédrica

spsp33dd Bipiramidal Bipiramidal triangulartriangular

spsp33dd22 OctaédricaOctaédrica

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Décimo quinta sesión Estructura molecular (2). Porcentaje de carácter iónico Linus Pauling.Linus Pauling