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Propiedades de los enlaces yde las moléculas

Dr. Enrique Ruiz Trejo

Las leyes fundamentales necesarias para el tratamientomatemático de gran parte de la física y para toda laquímica ya son conocidas y las dificultades yacenúnicamente en el hecho de que la aplicación de estasleyes conduce a ecuaciones que son demasiadocomplejas para ser resueltas.

Paul Dirac

Orden de enlace Lewis-Gillespie

Número de pares electrónicos involucrados

3N≡Ntriple

2O=ODoble

1F-FSimple

Orden deenlace

MoléculaEnlace

2

Orden de enlace

Orden de enlace:2

Orden de enlace:1

Longitudes de enlace

1.09N_NN2

1.411.601.21

H-BrH-I

O=O

HBrHIO2

2.670.921.27

I-IH-FH-Cl

I2

HFHCl

0.741.441.99

H-HF-F

Cl-Cl

H2

F2

Cl2

Distancia (Å)EnlaceMolécula

Radio covalente para moléculas homonucleares: 1/2 de la distancia deenlace covalente.Los radios covalentes son aproximadamente aditivosH-H 0.37 ÅCl-Cl 1.00 ÅH-Cl ~1.37 Å (1.27 Å) (depende del traslape de orbitales)Más pares electrónicos⇒menor distancia internuclear

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Energía de enlaces (kcal/mol)

3744.464.8116.16135.6F

35.04 —119.28 =

37.68 86.40 —178.32 =

111.1O

39.12 —98.16 =227.04 ≡

73.20 —147.12 =213.6 ≡

93.12N

83.52 —146.88 =194.00 ≡

98.88C

104.6H

FONCH

Energías de enlace

H2(g) → 2H(g)

Cl2(g) → 2Cl(g)

Energía de enlace: Entalpía necesaria pararomper un enlace específicoΔH=+104 kcal/molProceso endotérmico: se requiere energía

ΔH = +58 kcal/molProceso endotérmico(El proceso inverso es exotérmico)

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Reacción endotérmica y reacción exotérmica

Serompenenlaces

Se formanenlaces

Átomos

Reactivos

ΔHo

Serompenenlaces

Se formanenlaces

Átomos

Reactivos

ΔHo

Entalpía aproximada para una reacción:

∆H0=E total proporcionada para romper enlaces +Etotal liberada para formar enlaces

Problema

Encuentre el cambio aproximado de entalpíapara la combustión del gas hidrógeno:

∆H0=E total proporcionada para romper enlaces +Etotal liberada paraformar enlaces

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)

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Solución

111.14O-H (H2O)

Cambio deenergía total

(kcal)

Energía promediop/enlace

(kcal/mol)

Número deenlaces formados

Enlaces que se

119.28119.281O=O (O2)

209.2104.62H-H (H2)

Cambio deenergía total

(kcal)

Energía promediop/enlace

(kcal/mol)

Número deenlaces rotos

Enlaces que serompen

Epara romper enlaces = 209.2 kcal/mol + 119.28 kcal/mol = 328.48 kcal/molEliberada al formar enlaces = - 444.4 kcal/molΔHo reacción: - 444.4 + 328.48 = -115.92 kcal/mol

-444.4

forman

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)

Para aquellos que ya llevarontermodinámica…

La entalpía de una reacción está definida como:

∆H0 =∑m∆Hf0 (productos) - ∑n∆Hf

0 (reactivos)

m, n son coeficientes estequiométricos∆Hf

0 es la entalpía estándar de formación

Determinar entalpía de la reacción de formaciónde agua y comparar...

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Constantes de fuerza de los enlaces

1730CO2C=O

580CH4C-H

710NH3N-H

840H2OO-H

970HFH-F

k (Nm-1)MoleculaEnlace

http://neon.otago.ac.nz/chemlect/chem306/pca/IR_Raman/images/diatomic_spring.jpg

f=número de vibraciones completas por segundok= constante del resorte

Moléculas poliatómicas: los diferentes enlaces vibran“acoplados” (no son independientes)

F = kx

m=m1m2/(m1+m2)

Problema

¿Cuántas veces oscila un enlace OHen un segundo?

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Tendencia general

Mayor orden de enlace Mayor energía y k del enlace Menor distancia de enlace

Menor orden de enlace Menores energía y k Mayor distancia de enlace

Polaridad de un enlace

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/476/488316/Instructor_Resources/Chapter_10/FG10_06.JPG

Covalente puroElectronescopartidos porigual

Covalente polarElectronescompartidosdesigualmente

IónicoTransferencia deelectrones

Δχ

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Enlace polar

ClH

Dipolo eléctrico: sistema con dos cargas iguales y signos opuestosMomento dipolar: µ=qrDebye 1 D = 3.338x10-30 C m

Moléculas polares en un campoeléctrico

http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/hillchem3/medialib/media_portfolio/text_images/CH10/FG10_08a.JPG

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Moléculas polares

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter10/Text_Images/FG10_01-03UN.JPG

Dipolo eléctrico grande del agua:poder disolvente

Amoniaco Agua

Moléculas no polares

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter10/Text_Images/FG10_01-03UN.JPG

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Media_Assets/Chapter10/Text_Images/FG10_01-01UN.JPG

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Cis y trans dicloroetileno

µ= 0 D µ = 1.89 D

Momento dipolar

1.10angularH2S

1.87angularH2O

0.38linealHI

0.78linealHBr

1.08linealHCl

1.92linealHF

µ (D)geometríaMolécula

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Problemas

¿Cuál de las siguientes moléculas espolar? IBr BF3

CH2Cl2

Polaridad y reactividadMecanismo de reacción de metanal con metanol y HClgaseoso para la formación de hemiacetales.

http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/hemiacetalofmethanal.gif

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Mecanismos de reacción:Sustitución SN2

Bromuro de metilo + ión amonia.

http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/halides.html

Mecanismos de reacción:Eliminación E2

Formación de eteno

http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/halides.html

13

Hidrólisis de un éster encondiciones ácidas

http://chemistry.boisestate.edu/people/richardbanks/organic/halides.html

Más problemas

Predecir geometría y polaridad Cl2O [ClO3]-

BrF5

[NO3]-

[NH4+]

O3

http://chemistry.boisestate.edu/rbanks/organic/hemiacetalofmethanalreview.htm