Tema 9:Enllaç Químic 1

TEMA 9ENLLAÇ QUÍMIC

Tema 9:Enllaç Químic 2

9.1.Visió General■ La idea o concepte d’enllaç es simultània a la d’àtom

– Demòcrit d’Abdera (V a.C): considera que els àtoms s’uneixen per una mena de “ganxos”.

■ Actualment Mecànica Quàntica: model actual àtom– es sap que l’enllaç es degut a forces electrostàtiques entre el

nucli i els electrons

– A la natura, tret dels gasos nobles i d’alguns metalls els elements s’enllacen.

■ Enllaç Químic:és la unió de dos àtoms iguals o diferents – aquesta unió es dóna perque:

• Els àtoms busquen assolir la configuració de gas noble (última capa plena) i això ho poden fer amb la transferència o aceptació parcial o total d’electrons.

Tema 9:Enllaç Químic 3

■ L’Univers funciona sota dos grans principis:– Mínim d’energia– Màxim de desordre

■ Amb un enllaç s’allibera E (fig. 9.7 pag 291)– Quan els àtoms es troben a infinita distància la interacció entre ells ´´es

mínima (E~0)– Al anar-se apropant dominen les forces atractives (+/-).– A una distància (r0=distància d’enllaç):

• es dóna el mínim d’Energia• l’estabilitat és màxima• la distància és diferent per cada parell d’àtoms

– Si els àtoms continuen apropant-se, predominen les forces repulsives (+/+ o -/-) i l’Energia augmenta.

■ Energia d’enllaç= E que s’allibera quan es forma un mol d’enllaços i coincideix amb l’E necessària per trencar-los

Tema 9:Enllaç Químic 4

Diagrama d’energía formació d’una molècula de H 2

Tema 9:Enllaç Químic 5

Tipus d’enllaç químic

■ Les substàncies poden presentar tres tipus de partícules:– àtoms– ions– molècules

■ Hi ha diferents MODELS d’enllaç:– els atoms s’uneixen per enllaç: COVALENT O METÀL.LIC

– els ions s’uneixen per enllaç: IÒNIC

– les molècules interaccionen: F. INTERMOLECULARS

Tema 9:Enllaç Químic 6

9.2 Enllaç Iónic (Metall+No Metall)

■ L'enllaç iònic correspon a la unió d’ions de signe oposat per atracció electrostàticaEste tipo de enlace fue propuesto por W. Kossel en 1916.

■ Sempre ve format per un Metall (Catió) i un No metall (Anió).

■ Es constitueixen xarxes cristal.lines iòniques formades per un gran nombre d’anions i de cations.

■ .

Tema 9:Enllaç Químic 7

■ L’enllaç iònic només es forma quan la diferència d’electronegativitat entre els elements que el formen és elevada

■ Electronegativitat (X): és una mesura de la força d'atracció que exerceix un àtom sobre els electrons d’un altre en un enllaç químic.– Existeixen diferents escales per mesurar l’electronegativitat,

la més emprada la de Pauling

Tema 9:Enllaç Químic 8

9.2.1 Escala de Pauling■ Creada per Linus Pauling al 1932 és àmpliament usada. En

aquesta escala s'assigna a l'elelment més electronegatiu (el fluor) un valor de 4.0, i al menys electronegatiu (el franci) un valor de 0.7. Els altres elements tenen valors intermitjos.

Tema 9:Enllaç Químic 9

9.2.3 Un enllaç serà més iònic quan:

■ més estables siguin els ions que es formen (depen de l’electronegativitat dels àtoms)– pex.és més estable un F- que un Cl- , perque el

fluor és més electronegatiu.

■ més petites siguin les càrregues dels ions

– pex. És més estable un Na+ que un Al3+

■ més gran sigui el catió (li és més fàcil cedir electrons) i més petit l’anió (li és més fàcil atreure electrons)– pex. El KCl és més iònic que el NaCl

Tema 9:Enllaç Químic 10

9.2.4 Xarxes cristal.lines iòniques

■ Els compostos iònics formen agrupacions regulars d’ions, amb formes geomètriques definides.

■ Són les anomenades xarxes cristal.lines a les quals els ions es col.loquen de forma que les F atracció siguin màximes i les F repulsió mínimes

Tema 9:Enllaç Químic 11

Pex. Geometria xarxa tridimensional NaCl

Tema 9:Enllaç Químic 12

9.2.5 Propietats de les substàncies iòniques

■ Tenen punts de fusió i ebullíció elevats

■ Són durs:– la xarxa és compacta, presenten resistència a ser

ratllats.

– A més % Iònic, més durs.

■ .

Tf (ºC) Tb(ºC)LiCl 606 1337KCl 776 1415NaCl 800 1442

Tema 9:Enllaç Químic 13

■ Són fràgils: si els ions es desplacen, hi ha una elevada F repulsió = trencament

■ No condueixen el corrent elèctric en estat sòlid però si quan es fonen o dissolen.

Tema 9:Enllaç Químic 14

•Són solubles en aigua o qualsevol solvent polar

•E solvatació > E reticular = són solubles

Tema 9:Enllaç Químic 15

Exemples de compostos iònics

■ Sals binàries: – fluorurs– clorurs

■ Sals d’oxoàcids: – clorats – fosfats – nitrats

■ Altres:– alguns òxids– alguns hidròxids

Tema 9:Enllaç Químic 16

9.2.6 Es pot calcular el % iònic d’un enllaç:

Dif X % enllaç iònic0,1 0,50,5 6,01,0 22,01,5 43,02,0 63,02,5 79,03,0 89,03,2 92,0

% enllaç iònic

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

% enllaç iònic

Tema 9:Enllaç Químic 17

Diferència d’electronegativitat

Enllaç Covalent No polar/apolar:

De 0 a 0,5

Els electrons es comparteixen per igual

F2: F — F

Enllaç Covalent Polar:

De 0,5 a 1,7.

Els electrons es comparteixen de forma desigual. Pol positiu i negatiu.

Hδ+ --- Fδ-

Enllaç Iònic:

Més gran de 1,7.

Es pot considerar que es transfereixen electrons d’un àtom a l’altre.

Li1+ F1-

Tema 9:Enllaç Químic 18

9.3 Enllaç Covalent (No Metall+No Metall)

■ Hi ha dos tipus : covalent molecular i covalent atòmic

■ 9.3.1 COVALENT MOLECULAR

■ L'enllaç covalent és un tipus d'enllaç químic en què dos àtoms comparteixen un o més parells d'electrons.– Enllaç simple– Enllaç doble– Enllaç triple

■ L'atracció resultant de la compartició d'aquests parells d'electrons manté junta la molècula. Els àtoms tendeixen a compartir electrons de tal manera que la seva escorça quedi plena.

■ Aquest tipus d'enllaç és similar en força a l'enllaç iònic.

Tema 9:Enllaç Químic 19

■ L'enllaç covalent es dóna habitualment entre àtoms amb electronegativitat semblant, on cap dels dos àtoms té prou energia per a arrencar un electró d'un altre àtom.

■ L'enllaç covalent és més comú entre els àtoms de no metalls,

■ L'enllaç covalent és altament direccional. És per això que les molècules covalents tendeixen a formar-se en un nombre relativament petit de formes característiques, amb els enllaços disposats en uns determinats angles

Tema 9:Enllaç Químic 20

a) Estructures de Lewis.■ Consisteix en representar amb punts “·” o “-” els e– de la

capa de valència (últim nivell n) d’un àtom

ExemplesExemples::

Grup: 17 16 15 14

Àtom: Cl O N C

Nº e– val. 7 6 5 4

Tema 9:Enllaç Químic 21

b) Enllaç covalente polar

■ Es dóna quan els àtoms que comparteixen electrons no tenen la mateixa electronegativitat (encara que siguin dos NM),

– Els e– compartits es troben desplaçats cap a l’element més electronegatiu, que queda carregat amb una certa densitat negativa“δ–”

– L’element menys electronegatiu quedarà carregat positivament “δ+”.

Tema 9:Enllaç Químic 22

c) Moment dipolar (µ)

■ És un vector que depen de la diferència d’electronegativitat dels àtoms

■ La punta de fletxa es dirigeix cap a l’àtom amb “δ–”.

■ Cada enllaç polar té un µenllaç

■ µ molècula=Σ µ enllaç

– una molècula serà polar nomès si la suma de tots els moments dipolars no s’anula. µ molècula ≠ 0

– serà apolar si µmolècula = 0

Tema 9:Enllaç Químic 23

d) RCEPV: Geometría molecular. µ molècula •El model que estudiarem per predir la geometria de les molècules és el RCEPV: Repulsió dels electrons de la capa de valència

•Clau: Els parells d’electrons es disposen al voltant d’un àtom amb orientacions que minimitzen les repulsions.

Geometria molecular Tetraèdrica Piramidal trigonal Angular

Tema 9:Enllaç Químic 24

CO2

H2O

Tema 9:Enllaç Químic 25

BF3

NH3

Tema 9:Enllaç Químic 26

CH4

nul

Tema 9:Enllaç Químic 27

a-lineal d-piramidal

b-angular e-tetraèdrica

c-trigonal plana g-piràmide base quadrada

h-bipiràmide trigonal i-octaèdrica

Tema 9:Enllaç Químic 28

9.3.2 ENLLAÇ COVALENT ATÒMIC

■ Formen enllaços covalents simples però distribuïts en dues o tres dimensions a l’espai formant xarxes.

■ ExemplesExemples• SiO2,

• C(diamante)

• C (grafito)

ESTRUCTURA DEL GRAFITO

Tema 9:Enllaç Químic 29

Tema 9:Enllaç Químic 30

9.4 PROPIETATS SUBSTÀNCIES COVALENTS

■ 9.4.1 COVALENTS MOLECULARS

■ Tenen punts de fusió i ebullíció molt baixos:

– La majòria són substàncies gasoses a T ambient

– Algunes líquides o sòlides (veure F intermoleculars)

■ Són tous, es poden ratllar amb facilitat

■ No condueixen el corrent elèctric al no haver- hi electrons ni càrregues amb llibertat de moviments.

■ Les substàncies moleculars polars són solubles en aigua o qualsevol solvent polar

■ Les substàncies moleculars apolars són solubles en qualsevol solvent apolar (per tant insolubles en aigua)

Tema 9:Enllaç Químic 31

9.4.2 COVALENTS ATÒMIQUES

■ Punts de fusió i ebullició molt elevats.

■ Insolubles en tots els dissolvents.

■ No conductors (el grafit sí presenta conductivitat per que té 1e–

cada àtom deslocalitzat).

Tema 9:Enllaç Químic 32

9.5 Enllaç Metàl.lic

■ L'enllaç metàl·lic és un tipus d'enllaç químic típic dels elements metàl·lics

■ Perquè es formi un enllaç metàl·lic cal que;

– els elements han de tenir una baixa electronegativitat

– han de tenir orbitals desocupats

– Normalment es dóna entre àtoms del mateix metall o de metalls diferents.

– En aquest enllaç hi ha una superposició d'orbitals i els electrons de valència es mouen entre la xarxa de cations resultant, pertanyent a la vegada a diversos cations.

Tema 9:Enllaç Químic 33

■El model utilitzat per representar l'enllaç metàl·lic es un núvol d'electrons o mar electrònica. Consisteix en posar els cations en forma de xarxa i els electrons de valència a l'espai interatòmic.

Tema 9:Enllaç Químic 34

Tema 9:Enllaç Químic 35

a) Propietats Enllaç Metàl.lic

■ Formen xarxes cristal·lines compactes amb alt índex de coordinació (nombre de càrregues d'un signe envoltat per càrregues del signe contrari).

■ Són de densitat elevada, a causa del seu alt índex de coordinació.

■ Són dúctils i maleables.

■ Són bons conductors tèrmics i elèctrics.

■ Són insolubles en qualsevol dissolvent.

Tema 9:Enllaç Químic 36

■Presenten brillantor metàl·lica, i en ser tallats una lluentor grisa, excepte el níquel i l'or que és daurada.

■Emeten electrons quan són escalfats (efecte termodinàmic) o quan hi incideix llum de una certa freqüència (efecte fotoelèctric).

presión

Tema 9:Enllaç Químic 37

9.6 Forces intermoleculars

■ Les molècules es formen per la unió amb enllaç COVALENT de certs àtoms.

■ Però entre aquestes molècules existeixen unes forces INTERmoleculars totes degudes a atraccions/repulsions electrostàtiques.

■ Aquestes forces son:– A)Ponts d’hidrogen

– B)Forces de Van der Waals• dipols permanents (entre molècules polars)

• dipols instantanis (entre molècules apolars) Forces de London

Tema 9:Enllaç Químic 38

■ A) Ponts d’hidrogen:

– La més forta de les interaccions intermoleculars

– Es dóna entre un àtom d'Hidrogen que forma part d'una molècula i que està carregat (δ+), i un àtom de mida petitaa i més electronegatiu d'una altra molècula, per exemple Oxigen o Nitrogen (δ -).

• N----H• O----H• F----H

– Els ponts d’hidrogen són MOLT importants a nivell biòlogic, expliquen l’estructura de les proteïnes, cel.lulosa..etc.

Tema 9:Enllaç Químic 39

■ exemple: ponts d’hidrogen entre molècules d’aigua

Tema 9:Enllaç Químic 40

■ B)Forces de Van der Waals:■

- Forces atractives dipol-dipol permanent (Keeson):• tenen lloc entre molècules polars• són les interaccions que es donen entre els electrons d'una molècula i

els nuclis d'una altra, produint petites forces atractives o de cohesió electrostàtica.

■

Tema 9:Enllaç Químic 41

– Forces atractives dipol-dipol instantani o Forces de London: • Forces molt febles que es poden trobar en totes les molècules,

independentment de la polaritat.

• El centre de les càrregues positives i negatives no és sempre el mateix (encara que en global sí que ho sigui), i com que les molècules, polars o no, estan en continu moviment es podran formar dipols temporals induïts que donaran forces d'atracció electrostàtiques instantànies entre les molècules.