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1 1 ENLACE QUÍMICO Pre – Universitario 2021-2 5 2 DEFINICIÓN Son fuerzas de atracción de naturaleza electrostática, que mantienen unidos a los átomos o grupo de átomos en las estructuras químicas estables o sistemas con menor energía que los átomos de origen. Ésta estabilidad queda definida por los parámetros de enlace. (Premio nobel en química, 1954 y Premio nobel de la Paz en 1962): “ … existe un enlace químico entre dos átomos o grupos de átomos, cuando las fuerzas que actúan entre ellos tienen la intensidad suficiente como para dar lugar a un agregado de estabilidad tal que permita su identificación como una especie molecular o iónica independiente”. Según Carl Linus Pauling Molécula de H2O Ejemplo : 3 3 Formación de un enlace covalente en el H2 4 PROBLEMA 1 Respecto al enlace químico identifique las proposiciones que son verdaderas (V o falsas (F): I. Cuando se forma un enlace químico a partir de átomos libres el proceso libera energía. II. La estabilidad en una sustancia es mayor que la de los átomos libres. III.Los enlaces químicos se producen entre moléculas de una sustancia. A) VVV B) FVF C) FFV D) VVF E) FFF 4 Respuesta: D 5 PROBLEMA 2 Teniendo en cuenta el diagrama de energía potencial Vs. distancia internuclear del hidrógeno molecular, determine que proposiciones, de las que se indican, son correctas. I. Este diagrama es el resultado de la suma de fuerzas atractivas y repulsivas entre los átomos que interactúan. II. La energía liberada cuando se forma el enlace es igual que la energía requerida para romper el enlace, que según el diagrama es 432 kJ/moℓ. III. La mínima distancia internuclear o longitud de enlace para conseguir una molécula estable es 74 pm, que equivale a 0,74 Å. A) FVF B) FFV C) VVF D) FVV E) VVV Respuesta: E 6 PROBLEMA 3 Respecto al enlace químico identifique las proposiciones que son correctas. I. Si partimos de una cierta cantidad de amoniaco NH3, y bajo ciertas condiciones de presión, temperatura y catalizadores, lo descomponemos en sus elementos componentes, siendo el proceso exotérmico. II. La energía de formación de un cierto enlace químico como X-Y, siempre es igual a la energía de disociación de dicho enlace. III. La disociación de un enlace químico puede ser un proceso exotérmico. A) Solo III B) solo II C) solo I D) I, II E) II, III Respuesta: B 7 CLASIFICACIÓN DE LOS ENLACES QUÍMICOS ENLACE QUÍMICO Enlace Iónico Enlace Covalente Enlace Metálico 8 CLASIFICACIÓN DEL ENLACE QUÍMICO Los enlaces químicos se clasifican como: IÓNICO, COVALENTE Y METÁLICO, y se diferencian en la energía y en el modo en que se involucran los electrones para su formación: 1. El enlace iónico se puede formar por transferencia de electrones. 2. En el enlace covalente se comparten pares de electrones de la capa de valencia. 3. En el metálico los electrones de valencia están totalmente deslocalizados, alrededor de los cationes metálicos. 9 REGLA DEL OCTETO Los átomos al enlazarse por transferencia o compartición de electrones tienden, por lo general, a adoptar la configuración electrónica estable de un gas noble del tipo ns2 np6 Ejemplo: 10 Enlace iónico Es la fuerza de atracción electrostática que se forma cuando se une un elemento de baja energía de ionización (un metal) con otro de alta afinidad electrónica (un no metal), los electrones de valencia del primero se transfieren al segundo, formándose el catión y el anión, respectivamente. 11 EJEMPLO : Formación del cloruro de sodio (NaCl) y óxido de calcio (CaO) 12 NOTA En general, para compuestos iónicos binarios: ∆EN ≥ 1,7 Ejemplos: para el NaCℓ Na: E.N. = 0,9 Cℓ: E.N. = 3,0 ∆EN = 3,0 - 0,9 = 2,1 > 1,7 (Iónico) EXCEPCIONES LiH ∆EN = 1,1 (es un compuesto iónico) LiI ∆EN = 1.5 (es un compuesto iónico) 13 14 a) Los compuestos del Berilio (Be) son covalentes. BeCl2 BeBr2 BeI2 b) Los compuestos del aluminio con el cloro, bromo y yodo son covalentes AlCl3 AlBr3 AlI3 c) El óxido de aluminio (Al2O3 ) es un compuesto iónico. e) Los compuestos del amonio (NH4 +) son iónicos. NH4Cl NH4Br NH4NO3 15 Propiedades generales de los compuestos iónicos a) Forman estructuras cristalinas (ordenamiento regular de los iones), de alta simetría caracterizada por sus celdas unitarias. ejemplo: cloruro de sodio (NaCl) 16 Propiedades generales de los compuestos iónicos b) En condiciones ambientales, son sólidos cristalinos y opacos. c) No forman moléculas, sus unidades estructurales son pares iónicos representados por una unidades fórmula o fórmula mínima. d) Son duros (resisten el rayado) a excepción de los alcalinos que son blandos y quebradizos (se rompen con facilidad) 17 Propiedades generales de los compuestos iónicos 18 Propiedades generales de los compuestos iónicos e) La mayoría son solubles en solventes polares (agua, etanol, etc.), pero insolubles en solventes no polares (hexano, CCl4,etc.) f) No conducen la electricidad en estado sólido, pero son buenos conductores de la electricidad , ya sea en solución acuosa o en estado líquido (fundidos), por lo cual son llamados electrolitos. g) Presentan elevados puntos de fusión (mayores a 400ºC) y elevados puntos de ebullición. Ejemplo : NaCl : Tf = 801°C 19 Propiedades generales de los compuestos iónicos CsBr 636°C 1300°C NaI 661°C 1304°C . MgCl 714°C 1412°C2 . KBr 734°C 1435°C CaCl 782°C 1600°C2 . MgO 2852°C 3600°C COMPUESTO IÓNICO TEMP. DE FUSIÓN TEMP. DE EBULLICIÓN 20 Propiedades generales de los compuestos iónicos 21 PROBLEMA 4 En relación al enlace iónico, indique el valor de verdad de las proposiciones siguientes: I. En general se forma entre metales y no metales. II. Se forman fácilmente entre un elemento de baja energía de ionización y otro elemento de alta afinidad electrónica. III. En compuestos binarios, por lo general, se forma entre un metal que tiene 1 o 2 electrones de valencia y un no metal que tiene 6 o 7 electrones de valencia. A) VVF B) VVV C) FVV D) VFF E) VFV 21 Respuesta: B 22 PROBLEMA 5 22 Indique la alternativa correcta, respecto a las propiedades de los compuestos iónicos. I. A 25°C son sólidos, con dureza variable y quebradizos II. Son solubles en solventes polares como el agua. III. En estado sólido son buenos conductores de la electricidad. A) solo I B)solo II C) solo III D) I y II E) II y III Respuesta: D 23 PROBLEMA 6 Se tiene la sustancia química RQ2(s), con electronegatividades de sus elementos componentes respectivos: 1,31 y 4,0 . Algunas de las propiedades del compuesto mencionado son: su temperatura de fusión es 1263°C , a temperatura ambiente es un sólido cristalino, al disolverse en el agua forma una solución que conduce la electricidad. Según ésta información determina la veracidad o falsedad de cada proposición. I. Se trata de un compuesto que presenta enlace iónico. II. Debido a la diferencia de electronegatividades, es un compuesto covalente. III. Según las propiedades, sus unidades estructurales son moléculas. A) VFF B) FFV C) FVF D) VVV E) FFF Respuesta: A 24 PROBLEMA 7 Indique la alternativa correcta: I. Si un compuesto tiene temperatura de fusión 801°C y es soluble en agua, podemos decir que probablemente sea un compuesto iónico II. El enlace iónico en compuestos binarios resulta de la transferencia de electrones de una especie de naturaleza metálica a un elemento de alta afinidad electrónica. III. Los compuestos iónicos a condiciones ambientales, por lo general son sólidos, quebradizos, conductores térmicos y eléctricos, no solubles en CCℓ4. A) Solo I B) Solo II C) I y III D) I y II E) II y III Respuesta: D 25 Enlace Covalente Son fuerzas de atracción que se originangeneralmente entre NO METALES y se caracteriza por la compartición de uno o más pares de electrones de valencia. Generalmente: Para compuestos covalentes binarios, generalmente: ∆EN< 1,7 Por ejemplo: El HF, cuya ∆EN = 1,9 presenta enlace covalente. No Metal No Metal compartición de e- 26 I. POR LA NATURALEZA DE LOS ELECTRONES APORTADOS A) ENLACE COVALENTE NORMAL Cada átomo aporta un electrón para formar el enlace covalente. Ejemplo entonces equivale (2 enlaces C. normales) (3 enlaces C. normales) CLASIFICACIÓN DE ENLACES COVALENTES 27 B) ENLACE COVALENTE COORDINADO O DATIVO El par de electrones que se comparte es aportado por un solo átomo. EJEMPLO: equivale 2 ENLACES NORMALES Y 2 ENLACES DATIVOS Otros ejemplos: O3, SO2, NH4 +, HNO3, N2O4 28 II. POR EL GRADO DE COMPARTICIÓN DEL PAR DE ELECTRONES A) ENLACE POLAR Se origina cuando los electrones compartidos no son atraídos con la misma intensidad por los núcleos de los átomos (ya que éstos no son iguales), formándose así, polos eléctricos negativo y positivo. La diferencia de E.N es diferente de cero. Ejemplo equivale Ejemplos: HCl, HF, HBr, H2O, NH3, CHCl3, H2SO4. 29 Momento dipolar de un enlace (μ) Es la propiedad que mide la polaridad de un enlace. Se representa con un vector (→) cuyo sentido señala al elemento de mayor electronegatividad; es decir, señala la zona de mayor densidad electrónica: de δ+ hacia δ –(dirección del dipolo). Ejemplo: Yoduro de Hidrogeno. HI A mayor ∆EN, el enlace se polariza más u = q x d q : carga (C) d: longitud de enlace (m) u: momento dipolar (D) D : Debye 30 31 B) ENLACE APOLAR O NO POLAR Se forma cuando se enlazan átomos iguales, de tal modo que los electrones se comparten en forma equitativa, por lo cual no se forman polos eléctricos y la diferencia de E.N es igual a cero. equivale Ejemplos: Br2, H2, Cl2, O2, N2, F2 32 III. POR EL NÚMERO DE PARES DE ELECTRONES COMPARTIDOS C H , HCN, N 2 2 2 SIMPLE (A-B ; 1 ) SEGÚN EL # DE PARES DE e- COMPARTIDOS LOS ÁTOMOS ENLAZADOS COMPARTEN EJEMPLOS M U LT IP L E DOBLE ( A=B ; 1 , 1 ) TRIPLE ( A B ; 1 , 2 ) 1 par de e-1 par de e- 2 pares de e- 3 pares de e- C , H SH4 2 C H , O , C H6 6 2 2 4 S HH .. .. Tiene: * 2 enlaces simples * 2 y 0 * 2 par no enlazante ....O O .... * 1 enlace doble * 1 y 1 N N .... * 1 enlace triple * 1 y 2 33 A) ENLACE SIMPLE Solo se comparte un par de electrones de valencia, entre dos elementos. (Constituidos por enlaces tipo sigma) Ejemplo: entonces equivale 4 ENLACES SIMPLES B) ENLACE MÚLTIPLE Se comparte 2 o 3 pares de electrones de valencia Ejemplo entonces equivale a 2 ENLACES MÚLTIPLES (2 ENLACES DOBLES) 34 entonces equivale un enlace múltiple (enlace triple) Los enlaces múltiples son más cortos, presentan más energía y son más reactivos que los enlaces simples. Los enlace dobles están constituidos por un enlace sigma y un enlace tipo pi. Los enlaces triples están constituidos por enlace sigma y 2 de tipo pi 35 A) ENLACE SIGMA (σ) Los orbitales de cada átomo se traslapan de manera frontal a través de un eje común que pasa por los núcleos. Ejemplo: • H2 , se ve como se traslapan los orbitales “s” de ambos átomos. • F2 , se ve como se traslapan los orbitales “p” a lo largo de sus ejes. En la formación de los enlaces covalentes, por el solapamiento de los orbitales atómicos, se determinan la existencia de orbitales moleculares que se denominan sigma y pi. 36 B) ENLACE PI (π) Tiene una distribución electrónica por arriba y por debajo del eje internuclear de enlace. Se forma por el traslape lateral de dos orbitales p paralelos. Un traslape lateral no forma un enlace tan fuerte como el que se forma por el traslape de dos orbitales p sobre el mismo eje. Es más débil y más inestable que el enlace sigma. Ejemplo: O2 37 PROBLEMA 8 Respuesta: B Los enlaces químicos covalentes presentan ciertas características, indique cuál de las siguientes afirmaciones no corresponden a dichos enlaces. I. En una sustancia una especie atómica puede compartir con otro átomo 1,2 o 3 pares de electrones. II. La diferencia de electronegatividades de dos átomos enlazados es mayor a 1,7. III. En una sustancia covalente las unidades estructurales son denominadas moléculas. A) Solo I B) solo II C) solo III D) I y II E) II y III 38 PROBLEMA 9 Respuesta: C Identifique las especies químicas que no presenten enlaces covalentes. I. BeCl2 II. MgCl2 III. Al2O3 IV. HF V. BaO A) I, II y III B) II, III y IV C) II, III y V D) I y II E) I, II y V 39 PROBLEMA 10 Respuesta: D ¿En qué especie química el átomo central no presenta pares no enlazantes? A) H2S B) H2O C) PF3 D) CH4 E) NH3 40 PROBLEMA 11 Respuesta: C A continuación se da una relación de seis moléculas: PCl3 SO2 H2S BF3 SO3 BeCl2 ¿ Cuántas de éstas moléculas sólo tienen enlaces simples? A) 6 B) 5 C) 4 D) 3 E) 2 41 ESTRUCTURAS DE LEWIS: COMPUESTOS SENCILLOS Paso 1: Se determina el número de enlaces covalentes (EC), para lo cual se resta el # de electrones del octeto (eo) del # de electrones de valencia (ev). El doble de los electrones que se enlazan o electrones enlazantes (eE) es igual al # de EC. Paso 2: Identificar al “átomo central” (A). a) El de menor atomicidad. b) El de menor electronegatividad o mayor tamaño. c) el que comparte el mayor número de enlaces. # 𝑒𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠(𝐸𝐶) = #𝑒𝑜𝑐𝑡𝑒𝑡𝑜 − −#𝑒𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 − 2 = (eo - ev) / 2 42 42 Paso 3: Se escribe la estructura de Lewis, colocando el átomo central y el resto de elementos o grupo de elementos, se enlazan al “átomo central” A, y se denominarán grupos B. Se completa la estructura con pares de electrones de no enlace o no enlazantes (eNE), calculados a partir de la siguiente expresión matemática: eE + eNE = ev Si el átomo central tiene pares de eNE, estos se indicarán con la letra E por cada par; será E2 si son dos pares, etc. Entonces la molécula quedará configurada o clasificada como A Bn Em Paso 4: Se determina las cargas formales (cf), y con ello se tiene los EC coordinados o dativos; y con el tipo de molécula se tiene la hibridación y geometría molecular. 43 43 H2S # 𝐸𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒𝑠 = (2𝑥2+8) −(2𝑥1+6) 2 = 2 HCN EJEMPLOS # 𝐸𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒𝑠 = 1𝑥2 + 8 + 8 − (1𝑥1 + 4 + 5) 2 = 4 44 O3 HNO3 44 45 Determine la cantidad de enlaces simples, múltiples, normales y dativos del N2O4 46 RESONANCIA Una especie química presenta resonancia si posee 2 o más representaciones de Lewis, la especie real es denominada híbrido de resonancia, a la cual es posible medirle sus parámetros de enlace. La teoría nos indica que la longitud de un enlace simple es mayor que un enlace doble; si la resonancia involucra a éstos enlaces, la longitud de enlace será un valor intermedio de éstas longitudes de enlace mencionadas. 47 En las especies , en general, que poseen resonancia, los átomos que rodean al átomo central tienen la capacidad de formar enlaces múltiples. Las estructuras de Lewis para especies con resonancia debe tomar en cuenta lo siguiente: • La posición relativa de los núcleos debe ser invariable. • El número de enlaces debe ser el mismo en cada estructura. • El número de electrones no enlazados debe ser constante. 48 MOLÉCULAS SIN OCTETO Otros ejemplos: BeBr2 , BH3, BeI2, NO, NO2 , ClO2 b) AℓBr3 AℓI3 c) a) 49 MOLÉCULAS CON MÁS DE 8 ELECTRONES d) 10 e de valencia (octeto expandido) e) 12 e de valencia (octeto expandido) Otros ejemplos: AsF5 , XeF4 , IF5 , XeF2 , ClF3 , SF4 50 50 PROBLEMA 12 Respecto a la molécula SOCl2 , indique qué proposiciones son correctas, considerando que el átomo central cumple con el octeto. I. Solo tiene enlaces simples, tipo sigma. II. Posee un enlace covalente coordinado. III. El átomo central es el oxígenoy presenta resonancia. A) I y II B) sólo II C) II y III D) sólo I E) I , II y III Respuesta : A 51 PROBLEMA 13 Respuesta. A El envenenamiento por monóxido de carbono (CO), se debe a que las moléculas de este gas se ligan a los átomos de hierro de la hemoglobina, remplazando al oxígeno y causando, rápidamente, asfixia. ¿Cuántos pares de electrones no enlazantes del oxígeno existen en la molécula mencionada? A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 6. 52 PROBLEMA 14 Identifique las moléculas cuyo átomo central no cumple la regla del octeto I.NF3 II. SO2 III. IF7 IV. XeF4 V. PCl5 A) Solo II B) I y II C) II y IV D) III,IV y V E)IV y V Respuesta: D 53 Respuesta: A PROBLEMA 15 En la siguiente relación de moléculas identifique aquellas que presentan resonancia. I. CO2 II. NO3 1- III. NO2 A) I, II y III B) Solo I C) Solo I y II D) Solo III E) Solo I y III
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