TEMA 3 ENLACE QUÍMICO (PARTE 2) · Teoría de enlace valencia Se basa en la suposición de que los enlaces covalentes se producen por solapamiento (superposición) de los orbitales atómicos de distintos átomos y emparejamiento de los e– de orbitales semiocupados. Así, 2 átomos de H (1s1) tienen cada uno 1 e– desapareado en un orbital “s” y formarían un orbital molecular en donde alojarían los 2 e–. COVALENCIA: número de e– desapareados y por tanto al número de enlaces que un átomo forma. - Enlace covalente simple: enlace σ (sigma) Se produce un único solapamiento frontal de orbitales atómicos. Puede ser: a) Entre dos orbitales s b) Entre un orbital s y uno p c) Entre dos orbitales p - Enlace covalente múltiple Se producen dos o tres solapamientos de orbitales atómicos entre dos átomos. • Siempre hay un enlace frontal σ (sólo 1) • Si el enlace es doble, el segundo solapamiento es lateral π (pi) • Si el enlace es triple, existe un solapamiento σ y dos π · Hibridación de orbitales atómicos TEORÍA de la HIBRIDACIÓN: formulada para explicar la geometría de la moléculas (ángulos y distancia) y la covalencia de algunos átomos. Los tipos de hibridación se utilizan mucho en compuestos de química orgánica, p. ej. el carbono (C) presenta 4 enlaces en compuestos como el CH 4 y en la mayoría de los compuestos que forma, para ello precisa promocionar el e– del orbital 2s al 2p y, a continuación, formar 4 orbitales híbridos de igual energía a partir del 2s y de los 3 orbitales 2p. • • SE HIBRIDAN: – Los orbitales atómicos que van a formar enlaces . – Las parejas de e– sin compartir. NO SE HIBRIDAN: – Los orbitales atómicos que van a formar el segundo o tercer enlace. – Los orbitales atómicos vacíos. - Tipos de hibridación sp3 • 4 enlaces sencillos (metano) • 3 enlaces sencillos y 1 par e– sin compartir (NH3) • 2 enlaces sencillos y 2 pares e– sin compartir (H2O) sp2 • 3 enlaces sencillos (BF3) • 1 enlace doble (σ C-C y π) y 2 sencillos (σ C-H) (ej. eteno) sp • 2 enlaces sencillos (BeF2) • 2 enlaces dobles (CO2) • 1 enlace triple (σ C-C y π) y 1 sencillo (σ C-H) (ej. etino) Geometría espacial de los tres tipos de orbitales híbridos Ejemplos · Sólidos covalentes. Propiedades de las sustancias covalentes SÓLIDOS COVALENTES (REDES) • Los enlaces se dan a lo largo de todo el cristal. • Gran dureza y p. f. alto. • Son sólidos. • Insolubles en todo tipo de disolvente. • Malos conductores. • El grafito, que forma estructura por capas, es más blando y conductor. SUSTANCIAS MOLECULARES • Están formados por moléculas aisladas. • P.f. y p. e. bajos (gases). • Son blandos. • Solubles en disolventes moleculares. • Malos conductores. • Las sustancias polares son solubles en disolventes polares y tienen mayores p. f. y p.e. Ej. de red covalente: diamante y grafito Cristal de diamante, con enlaces σ entre los átomos de C con hibridación sp3 (estructura no plana: diamante cúbico y en ocasiones hexagonal) El cristal de grafito sería con enlaces σ entre los átomos de C con hibridación sp2 (capas paralelas). 3.4 Fuerzas intermoleculares • Enlace o puente de hidrógeno Es relativamente fuerte y para establecerse necesita de: • Gran diferencia de electronegatividad entre los átomos que lo forman, es decir los átomos de F, O y N, con el hidrógeno. Ejs. Moléculas de HF, H2O, NH3 y algunos alcoholes. • El pequeño tamaño del H que se incrusta en la nube de e – del otro átomo. • Es el responsable de p.f. y p.e. anormalmente altos de las moléculas que lo presentan. Ejs. de estructuras de enlace de hidrógeno HIELO METANOL Fuerzas de Van der Waals Son interacciones débiles entre átomos y moléculas y su energía es unas mil veces menor que un enlace covalente. Pueden ser de tres tipos: Dispersión o de London (dipolo instantáneo-dipolo instantáneo) se produce en moléculas con momento dipolar cero o apolares (µ = 0) del tipo F2, O2, CCl4, He, C2H2, CH4 y CO2. Son las más débiles de las tres. Fuerzas de inducción o Debye: dipolo-dipolo inducido, cargas-dipolo inducido (Ej. Na+ en tetracloruro de carbono), dipolo permanente-dipolo inducido (agua y un compuesto apolar como el O2). El agua es un dipolo permanente que induce un dipolo en la molécula apolar de oxígeno. Fuerzas de orientación o de Keeson: dipolo permanente-dipolo permanente, se produce en moléculas polares ( ≠ 0), son las más fuertes. Ej. HF, HCl, H2O, HCN, CH3OH, SO2, PCl5, NH3. Las moléculas se orientan según la mínima energía y esta energía depende además del momento dipolar. Las fuerzas de orientación pueden ser: dipolo-dipolo (CH3OH en H2O) y ion-dipolo (Na+ en H2O). Orientación de dipolos moleculares en sólidos y líquidos Interacció n iondipolo 3.5 Enlace metálico. Propiedades de los metales • • • • Lo forman los metales y es un enlace bastante fuerte. Se comparten los e de valencia colectivamente. Una nube electrónica rodea a todo el conjunto de iones positivos, empaquetados ordenadamente, formando una estructura cristalina de alto índice de coordinación. Existen dos modelos que lo explican: modelo del mar de electrones y modelo de bandas. Nube electrónica Son dúctiles y maleables debido a que no existen enlaces con una dirección predeterminada. Si se distorsiona la estructura los e– vuelven a estabilizarla interponiéndose entre los cationes. Son buenos conductores debido a la deslocalización de los e–. Conducen el calor debido a la compacidad de los átomos que hace que las vibraciones en unos se transmitan con facilidad a los de al lado. Tienen, en general, altos p.f. y p.e., dependiendo de la estructura de la red. La mayoría son sólidos a temperatura ambiente (el Hg no) y densidad elevada. Tienen un brillo característico debido a la gran cantidad de niveles muy próximos de energía que hace que prácticamente absorban energía de cualquier longitud de onda que inmediatamente emiten (reflejo y brillo). 3.6 Algunas sustancias de interés industrial o biológico según su tipo de enlace • Las propiedades de las diferentes sustancias según sus enlaces ya se han indicado anteriormente. Algunas sustancias de interés son los siguientes: Enlace iónico NaF Enlace covalente NaCl: electrolisis de la sal fundida para la obtención de Cl2 y Na. También la electrolisis salina p. ej. en las piscinas Diamantes: sólidos covalentes Cullinan y la Estrella de África Molécula de F2: los 2 orbitales atómicos semivacíos se combinan para formar 2 orbítales híbridos Fibra de carbono: estructura atómica similar a la del grafito