HUGO TORRENS

LA MICROSCOPIA DE FUERZA ATOMICA (MFA) SE USA PARA MEDIR

LAS FUERZAS DE ENLACE. AQUÍ ENTRE FRAGMENTOS DE ANTICUERPOS

Y PEPTIDOS MUCIN 1

ENERGIA DE

ENLACE

ENERGIA DE ENLACE

ENERGIA DE DISOCIACION ES EL CAMBIO DE

ENTALPIA PARA LA REACCION:

RX R + X

F-F 158.8 O=O 498.4 H-F 569.9

Cl-Cl 242.6 S=S 425.3 H-Cl 431.6

Br-Br 192.8 Se=Se 332.6 H-Br 366.4

I-I 151.1 Te=Te 260.0 H-I 298.4

ENERGIAS DE DISOCIACION

I-I

Br-Br

Cl-Cl

F-F

Te=Te

Se=Se

S=S

O=O

H-I

H-Br

H-Cl

H-FK

J/m

ol

OJO

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D = H KJmol-1

DISTANCIA VS. ENERGIA DE ENLACE EN

COMPUESTOS CON HIDROGENO

HF

HCl

HBr

HI

HFHCl HBr HI

0

100

200

300

400

500

600

pm

-KJ

/mo

l

KJ/mol pm

HF 565 91.8

HCl 428 127.4

HBr 362.3 140.8

HI 294.6 160.8

H-O

H-S

H-SeH-Te

H-OH-S H-Se

H-Te

0

100

200

300

400

500

pm

-KJ

/mo

l

KJ/mol pm

H-O 458.8 96

H-S 363 134

H-Se 276 146

H-Te 238 170

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ENERGIA DE ENLACE

ENERGIA DE ENLACE PROMEDIO ES EL PROMEDIO DE LOS

CAMBIOS DE ENTALPIA PARA LAS REACCIONES:

RXn RXn-1 + X H1

RXn-1 RXn-2 + X H2

RXn-2 RXn-3 + X H3

RX R + X Hn

H

E = H/n KJmol-1

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ENERGIA DE ENLACE

ENERGIA DE ENLACE PROMEDIO ES EL PROMEDIO DE LOS

CAMBIOS DE ENTALPIA PARA LAS REACCIONES:

RXn RXn-1 + X H1

RXn-1 RXn-2 + X H2

RXn-2 RXn-3 + X H3

RX R + X Hn

H

E = H/n KJmol-1

PARA METANO POR EJEMPLO:

CH4 CH3 + H H1 = 438.9

CH3 CH2 + H H2 = 462.0

CH2 CH + H H3 = 424.0

CH C + H H4 = 338.4

1663.3

E = 1663.3/4 = 415.82 KJmol-1 HUGO TORRENS

3530

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ENERGÍAS PROMEDIO DE ENLACE.

EN EL CASO DE MOLÉCULAS POLIATOMICAS, LA ENERGÍA NECESARIA PARA

ROMPER SOLO UN ENLACE Y FORMAR DOS FRAGMENTOS MOLECULARES:

ABn ABn-1 + B

SERIA, EN PRINCIPIO, EL EQUIVALENTE A LA ENERGÍA DE DISOCIACIÓN ED. NO ES

DIFÍCIL IMAGINAR, SIN EMBARGO, QUE UNA VEZ HECHO ESTO, LA SIGUIENTE

DISOCIACIÓN NO TIENE PORQUE TENER EL MISMO VALOR DE ENERGÍA YA QUE SE

PARTE DE UN REACTIVO DISTINTO:

ABn-1 ABn-2 + B

ALGUNAS DE ESTAS ENERGÍAS SE HAN DETERMINADO EXPERIMENTALMENTE. EN

LOS SIGUIENTES EJEMPLOS SE MUESTRAN LOS VALORES, QUE LLAMAREMOS ED

PARA AMONÍACO, NH3 Y METANO CH4:

CH4 CH3 + H Ed1 = 421.1 KJmol-1

CH3 CH2 + H Ed2 = 469.9 KJmol-1

CH2 CH + H Ed3 = 415.0 KJmol-1

CH C + H Ed4 = 334.7 KJmol-1

1640.7 KJmol-1

EL PROCESO TOTAL REQUIERE POR LO TANTO 1640.7 KJMOL-1

LA ENERGIA PROMEDIO DE ENLACE C-H SERA 1640.7/4 = 410.17KJmol-1

3532

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ES IMPORTANTE QUE AUN CUANDO SE TRATE DE ENLACES EQUIVALENTES, COMO

SUCEDE CON AMONÍACO NH3 O HEXAFLUORURO DE AZUFRE SF6 LAS ENERGÍAS

PROMEDIO DE ENLACE

NH3 N + 3H ΣHatom/3

SF6 S + 6F ΣHatom/6

SON, CADA UNA, PARÁMETROS DISTINTOS A, POR EJEMPLO, LAS ENERGÍAS DE

DISOCIACIÓN

NH3 NH2 + H

o

SF6 SF5 + F

¿QUE TIPO DE ENERGÍAS ESTAMOS CONSIDERANDO?

LAS ENERGÍAS DE ENLACE VARÍAN ENTRE, MAS O MENOS, 50 KJmol-1 PARA Kr-F,

HASTA 1072 KJmol-1 PARA CO. COMPARE ESTOS VALORES CON:

4.2 KJmol-1 ELEVAR 1°C A 1 KG DE AGUA

34 KJmol-1 COMBUSTIÓN DE UN GRAMO DE CARBÓN

2600 KJmol-1 10 FOCOS DE 100W DURANTE UNA HORA

3534

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PARA CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA, EL CAMBIO DE ENTALPIA PUEDE SER

CALCULADO A PARTIR DE LOS VALORES DE LAS ENTALPIAS DE FORMACIÓN:

ΔH = ΣΔHfo ( productos ) - ΣΔHf

o ( reactivos )

TAMBIÉN PODEMOS HACER UN CALCULO APROXIMADO DEL CAMBIO DE ENERGÍA

PRODUCIDO DURANTE UNA REACCIÓN MEDIANTE:

ΔE = ΣD ( productos ) - ΣD( reactivos )

DONDE ΔE ES EL CAMBIO DE ENERGÍA PRODUCIDO DURANTE LA REACCIÓN QUÍMICA Y

D SON LAS ENERGÍAS DE ENLACE INDIVIDUALMENTE INVOLUCRADAS EN LA REACCIÓN.

EVIDENTEMENTE ENTRE ΔH Y ΔE EXISTE UNA DIFERENCIA IMPORTANTE: LAS

ENTALPÍAS DE FORMACIÓN SON PARÁMETROS TERMODINAMICOS EXACTOS DENTRO

DEL ERROR EXPERIMENTAL DE LA TÉCNICA UTILIZADA PARA DETERMINARLOS Y, POR

LO TANTO, EL CAMBIO DE ENTALPÍA ES, EN ESTE CONTEXTO EXACTA. LOS VALORES DE

ENERGÍA DE ENLACE SON EN GENERAL, PRODUCTO DE UNA EVALUACIÓN PROMEDIO

DE UN NUMERO CONSIDERABLE DE COMPUESTOS Y POR LO TANTO EL VALOR DE ΔE ES

SOLO UNA APROXIMACIÓN AL DE ΔH.

LA CUESTIÓN ES: ¿QUE TAN "ADECUADA" ES ESTA APROXIMACIÓN ΔH = ΔE?

"ADECUADA" ES UN TERMINO RELATIVO. SI SE REQUIERE PRECISIÓN, ΔE ES UNA

OPCIÓN INADECUADA Y LA ÚNICA ALTERNATIVA ES EL CÁLCULO DE ΔH.

POR OTRO LADO, LA APROXIMACIÓN ΔH ≈ ΔE ES MAS O MENOS "ADECUADA"

DEPENDIENDO DE LA REACCIÓN BAJO ESTUDIO: CONSIDERE LOS SIGUIENTES CASOS

VALORES DE ENERGIA DE DISOCIACION O

ENLACE PROMEDIO PARA ALGUNOS ENLACES

SELECTOS KJmol-1

C-H 411 O-H 458.8

C-C 345 C≡O 1071.9

O=O 493.6 C=O 798.9

N≡N 941.7 N-O 201

S-S 268 N=O 607

C-S 272 S=O 532.2

C=S 573 H-H 432

N-N 247 N-H 391

3535

3536

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FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N2H4), DEL AMONIACO (NH3) Y LA

COMBUSTIÓN DE ETANO:

N2 + 2H2 N2H4

N2 + 3H2 2NH3

CH3-CH3 + 7/2 O2 H2O + CO2

N2H4

Disociación de N2 => D(N≡N)=-941.7 KJmol-1

Disociación de 2H2 => 2 D(H-H)= 2(-432.0) = -864.0 KJmol-1

ΣD(reactivos) = -1805.7 KJmol-1

Formación de N-N => D(N-N)= -247 KJmol-1

Formación de N2H4 => 4 D(N-H).= 4(-390) = -1560 KJmol-1

ΣD(productos) = -1807 KJmol-1

ΔE = (-1807) –( -1805.7) = -1.3 KJmol-1 (1.8-1.3/1.8)100 = 27.8%

EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N2H4) ES DE

ΔH = -1.8 Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 30%.

3538

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NH3

Disociación de N2 => D(N≡N) = -941.7 KJmol-1

Disociación de 3H2 => 3 D(H-H) = 3(-432.0) = -1296 KJmol-1

ΣD (reactivos) = -2237.7 KJmol-1

Formación de 2NH3 => 6 D(N-H)= 6(-390.8) = -2340 KJmol-1

ΣD (productos) = -2340 KJmol-1

ΔE = (-2340) - (-2237.7) = -102.30 KJmol-1

Para una sola mol de NH3, ΔE =-102.30/2 KJmol-1 = -51.15 KJmol-1 (46.19-51.15/46.19)100=10.7%

EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DEL AMONIACO ES DE

ΔH = -46.19 Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 11%

3540

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COMBUSTIÓN DE ETANO.

CH3-CH3 + 7/2 O2 2CO2 + 3H2O

Disociar 6 C-H 6D(C-H) = 6(-413)KJmol-1 = -2478 KJmol-1

1 C-C (-348) KJmol-1 = -348 KJmol-1

7/2 O=O 7/2 (-495) KJmol-1 = -1732.5 KJmol-1

Total -4558.5 KJmol-1

Formar: 4 C=O 4(-799) KJmol-1 =-3196 KJmol-1

6 O-H 6(-463) KJmol-1 =-2778 KJmol-1

Total -5974 KJmol-1

ΔH= Σ productos - Σ reactivos.

ΔH = (-5974 KJmol-1) - (-4558.5 KJmol-1) = -1416 KJmol-1

EXPERIMENTALMENTE, SE OBTIENE ΔH = -1428 KJmol-1 QUE REPRESENTA, DESDE

LUEGO, UNA EXCELENTE APROXIMACIÓN.

3542

CONSIDEREMOS DE UNA MANERA MUY ESQUEMÁTICA LAS REACCIONES QUÍMICAS EN UN

MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA. EN ESTAS MAQUINAS SE QUEMA GASOLINA, QUE

PODEMOS FORMULAR COMO (-{CH2}-)N Y QUE EN MÉXICO, DESAFORTUNADAMENTE,

CONTIENE DERIVADOS DE AZUFRE ( -C-S-, -C=S, -C-SH, -S-S- O, EN GENERAL, R-S ETC.),

QUE ENTRA A LOS PISTONES MEZCLADA CON AIRE (N2, O2, ETC.) DONDE UNA CHISPA

CATALIZA LA REACCIÓN DE COMBUSTIÓN.

CON ESTOS ELEMENTOS, PODEMOS CONSIDERAR LA REACCIÓN GENERAL:

O2 + N2 + (-{CH2}-)N O GAS + R-S H2O + CON + NNOM + SON + OTROS

PISTON

VALVULA ABIERTA

CHISPA

CAMARA DE

COMBUSTION

MEZCLA AIRE

GASOLINA

3543

EL SIGUIENTE ESQUEMA MUESTRA ALGUNAS DE LAS REACCIONES INDIVIDUALES QUE

PUEDEN POSTULARSE:

2O2 + GAS 2H2O + 2CO REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)

O2 + 2CO 2CO2 REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)

O2 + N2 2NO REACCIÓN 3

2O2 + N2 2NO2 REACCIÓN 4

O2 + N2 + 2NO2 2N2O2 REACCIÓN 5

9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3H2O + 2 CO2 + 2 SO2 REACCION 6

4 O2 + (-CH2-S-CH2-) 3H2O + 2CO2 + SO2 REACCION 7

DE ACUERDO A ESTAS REACCIONES, LAS ENERGÍAS DE ENLACE (EN KJmol-1) PARA

REALIZAR CADA UNO DE LOS CÁLCULOS, SON LAS SIGUIENTES:

3544

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DISOCIACION FORMACION

C-H 411 O-H 458.8

C-C 345 C≡O 1071.9

O=O 493.6 C=O 798.9

N≡N 941.7 N-O 201

S-S 268 N=O 607

C-S 272 S=O 532.2

C=S 573 H-H 432

REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)

2 O2 + (-CH2-CH2-) 2H2O + 2CO

2 D(O=O) + 4 D(H-H) + 3D (C-C) 4 D(0-H) + 2 D(C≡O)

2 (-494) + 4 (-432) + 3 (-345) 4 (-459) + 2 (-1072)

-3751 -3980

ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -3980 + 3751 = -229 KJmol-1

REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)

O2 + 2CO 2CO2

D (O=O) + 2 D(C≡O) 4 D(C=O)

(-494) + 2(-1072) 4 (-799)

-2638 -3196

ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = 3196 + 2638 = -558 KJmol-1

3546

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REACCIÓN 3

O2 + N2 2NO

D(O=O) + D(N≡N) 2 D(N=O)

(-494) + (-942) 2 (-607)

-1436 -1214

ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -1214 + 1436= 222 KJmol-1

REACCIÓN 4

2 02 + N2 2 NO2

2 D(O=O) + D(N=N) 4 D(N=0)

2(-494) + (-942) 4 (-607)

-1930 -2428

ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -2428 + 1930 = -498 KJmol-1

REACCIÓN 5

O2 + N2 + 2 NO2 2 N2O2

D(O=O) + D(N≡N) + 4 D(N=0) 4 D(N=O)

(-494) + (-942) + 4 (-607) 4 (-607)

-1708 -2428

ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -2428 + 1708 = -720 KJmol-1

3548

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REACCIÓN 6

9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3H2O + 2CO2 + 2SO2

9/2 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) + 2 D(S-H) 6 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O)

9/2 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) + 2 (363) 6 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532)

-5827 -8078

ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) =-8078 + 5827= -2251 KJmol-1

REACCIÓN 7

4O2 + (-CH2-S-CH2-) 2H2O + 2CO2 + SO2

4 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) 4 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O)

4 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) 4 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532)

-4854 -7160

ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -8078 + 5827= -2306 KJmol-1

3550

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SI ΔH TOMA UN VALOR NEGATIVO, EL PROCESO SERÁ EXOTÉRMICO MIENTRAS QUE SI

ADQUIERE UN VALOR POSITIVO SERÁ ENDOTÉRMICO. ESTE NO ES UN CRITERIO ABSOLUTO

PERO ES UNA ADECUADA APROXIMACIÓN A LA PROBABLE ESPONTANEIDAD Y DIRECCIÓN

QUE PUEDE ESPERARSE PARA UNA REACCIÓN DETERMINADA. POR EJEMPLO, PARA LAS

REACCIONES ANTERIORES:

REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)

202 + (-CH2-CH2-) 2H2O + 2CO ΔE = -229 KJmol-1

REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)

O2 + 2 CO 2 CO2 ΔE = -558 KJmol-1

REACCIÓN 3

O2 + N, 2 NO ΔE = 222 KJmol-1

REACCIÓN 4

2O2 + N2 2 NO2 ΔE = -498 KJmol-1

REACCIÓN 5

O2 + N2 + 2 NO2 2 N2O2 ΔE = -720 KJmol-1

REACCIÓN 6

9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3 H2O + 2 CO2 + 2 SO2 ΔE = -2251 KJmol-1

REACCION 7

4 O2 + (-CH2-S-CH2-) 2H2O + 2CO2 + SO2 ΔE = -2306 KJmol-1

COMBUSTION

POBRE

REGION DE FALLA

DE ENCENDIDO

3552

SA

LID

A D

E L

LA

MA

RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE

EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES

RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,

MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0

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COMBUSTION

POBRE

REGION DE FALLA

DE ENCENDIDO

3553

SA

LID

A D

E L

LA

MA

RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE

EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES

RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,

MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0

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COMBUSTION

POBRE

REGION DE FALLA

DE ENCENDIDO

3553A

SA

LID

A D

E L

LA

MA

HUGO TORRENS

COMBUSTION

POBRE

REGION DE FALLA

DE ENCENDIDO

3554

SA

LID

A D

E L

LA

MA

RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE

EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES

RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,

MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0

HUGO TORRENS

COMBUSTION

POBRE

REGION DE FALLA

DE ENCENDIDO

3556

SA

LID

A D

E L

LA

MA

RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE

EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES

RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,

MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0

HUGO TORRENS

COMBUSTION

POBRE

REGION DE FALLA

DE ENCENDIDO

3558

SA

LID

A D

E L

LA

MA

RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE

EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES

RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,

MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0

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3560

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