domingo, 29 de agosto de 2010

Entrada 1 Enlaces Químicos

Enlaces
Estructura del átomo: El átomo está formado por un núcleo, que contiene neutrones y protones, el que a su vez esta rodeado por electrones; La carga eléctrica de un átomo es nula.
 
Distribución electrónica: Cada electrón de un átomo posee una energía en particular; en un átomo no existen más de dos electrones con una misma energía.

Números Cuánticos.- denotan el nivel de energía al cual corresponde cada electrón. Se han definido cuatro números cuánticos, que son:

1)    Número cuántico principal n.- se refiere a la capa cuántica a la cual pertenece el electrón. Se le asignan valores enteros 1, 2, 3, 4,…, pero también se le asignan letras: si n = 1 se le llama K, n =2 es L y así sucesivamente.

2)    Número cuántico acimutal l.- este número cuántico denota el momento angular del electrón, tomando los siguientes valores: si n = 1→ l = 0, si n = 2→ l = 0 y 1, mientras que si n = 4→ l = 0, 1, 2, 3.

3)    Número cuántico magnético m.- este número cuántico determina las posibles orientaciones cuantizadas espaciales del momento angular orbital y pueden considerarse como un desdoblamiento de cada subcapa en niveles más finos, que difieren ligeramente entre sí en energía. Los valores de este número están determinados por los valores de l, y oscilan desde –l →0 →+l, es decir, un total de (2l+1) valores de m por cada uno de l.

4)    Número cuántico de spin s.- se refiere a la rotación que puede tener un electrón alrededor de su propio eje. Tal spin contribuirá al momento angular del electrón y modificará así las relaciones de energía. Este número tiene solamente dos valores s = +1/2 o s = -1/2, dependiendo de si el electrón gira sobre sí mismo en una u otra dirección.

Aunque existan dos electrones que posean la misma energía no pueden tener sus cuatro números cuánticos iguales.

Este principio es fundamental ya que ayuda considerablemente en la deducción de la distribución de los electrones en los átomos de los diversos elementos.

Con la finalidad de representar la estructura eletrónica de un átomo se utiliza una notación abreviada que contiene el valor del número cuántico principal, una letra que representa el número cuántico acimutal y un superíndice que indica el número de electrones en cada orbital.

La notación abreviada del fierro es:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s

La valencia depende de la naturaleza de la reacción química, existiendo elementos con más de una valencia. La estabilidad de los elementos depende de la interacción de los electrones de los últimos orbitales con átomos circundantes, por ejemplo el aluminio cede los tres electrones del nivel 3sp para quedar en una configuración estable, mientras que el cloro acepta un electrón para completar su nivel 3sp.

Por ejemplo, el azufre forma sulfatos y sulfitos. En el primero la valencia es de 6+ y en el segundo de 4+. Esto debido a la combinación de los orbitales s y p de la tercera capa.

Electronegatividad.- es una medida de la habilidad de un átomo para atraer electrones y es (más o menos) proporcional a la suma de la energía necesaria para adicionar (afinidad) o remover un electrón (potencial de ionización). Los átomos con niveles externos casi llenos son fuertemente electronegativos y aceptan electrones con facilidad; átomos con sus niveles externos casi vacios ceden electrones con facilidad y son fuertemente electropositivos.

Cuando átomos con orbitales incompletos están en un estado inestable e interaccionan con otros átomos de manera controlada, tal que comparten o intercambian electrones entre ellos para lograr un estado estable de los orbitales incompletos, se forma así un enlace.

Enlace Metálico
Se denomina también enlace electrónico por el hecho de que los electrones de valencia (electrones de niveles incompletos) son compartidos libremente por todos los átomos en la estructura.

Enlace Iónico
La estructura cristalina de un compuesto con enlaces iónicos está determinada por el número de átomos de cada elemento requeridos para lograr la neutralidad eléctrica y el empaquetamiento óptimo, basado en el tamaño relativo de los iones.

A mayor diferencia de electronegatividad entre los átomos de un compuesto mayor es el carácter iónico.

Características de los cerámicos iónicos:

1. Un átomo es el donador y otro el receptor de electrones de manera que se logra la neutralidad eléctrica.
2. La estructura está determinada por el tamaño de los átomos o iones y de su carga, con una tendencia a formar estructuras compactas.
3. El enlace es no-direccional.
4. Estos materiales son transparentes a la luz de longitud de onda visible.
5. Absorben luz infrarroja.
6. Tienen conductividad eléctrica baja a temperatura baja.
7. Muestran conductividad iónica a alta temperatura.
8. Enlaces de iones metálicos con aniones del grupo VIIA son altamente iónicos.
9. Compuestos con elementos del grupo VIA son menos iónicos.
10. La fuerza de los enlaces iónicos se incrementa con la carga; muchos óxidos formados con iones con carga múltiple son duros y funden a temperatura alta.

Enlace Covalente

Ocurre cuando uno o más átomos comparten electrones de tal manera que logran su estabilidad. Al contrario del enlace metálico y iónico, el enlace covalente es direccional. Cada enlace covalente consiste de un par de electrones compartidos entre dos átomos, tal que la distribución de probabilidad se asemeja a una campana.

La mayoría de los compuestos orgánicos tienen enlaces covalentes pero tienen dureza y punto de fusión bajos. El factor decisivo es la fuerza del enlace y la naturaleza de la estructura.

Enlaces de Van der Waals

Este tipo de enlace es más débil y es referido como un enlace secundario, sin embargo, tiene un efecto importante sobre las propiedades de los materiales.

Las fuerzas de Van der Waals son muy importantes en estructuras en capas, como son las arcillas, grafito y nitruro de boro hexagonal. Estas fuerzas mantienen las capas unidas.

Todas estas estructuras tienen un fácil deslizamiento entre capas, por lo que pueden utilizarse como materiales de baja fricción y superficies autolubricables en sellos, así como lubricantes sólidos y recubrimientos en capa delgada.

A pesar de que este tipo de fuerzas son débiles, son suficientes para causar absorción de moléculas en la superficie de los sólidos.

Los diferentes tipos de enlace de Van der Waals son:

Dispersión.- es la formación de dípolos debidos a la fluctuación eléctrica dentro de moléculas.
Un ejemplo es la condensación de gases nobles a bajas temperaturas.

Polarización Molecular.- es la formación de un dípolo en moléculas asimétricas. El ácido fluorhídrico es un ejemplo de este tipo de enlace; la parte de la molécula donde se encuentra el fluor será negativa mientras la del hidrógeno será positiva.

Puente de hidrógeno.- el núcleo de hidrógeno de una molécula (parte positiva del dípolo) es atraída a los electrones no compartidos de una molécula vecina. En general este tipo de enlace ocurre en moléculas que contienen hidrógeno como H2O y NH3.

El carbono es un elemento interesante ya que forma parte de una gran variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos. La importancia del carbono rádica en los diferentes tipos de enlaces, de carácter covalente, que puede formar con otros átomos de carbono o elementos.

El carbono tiene dos electrones en el orbital 1s que, al estar lleno, no pueden ser usados para formar enlaces. Son los cuatro electrones del segundo nivel energético (2s y 2p) los que se usan para tal finalidad.

En el nivel 2 de un átomo hay cuatro: un orbital 2s y tres 2p. Sin embargo, el carbono no los usa en su estado original para formar enlaces, sino que los combina o hibridiza en cualquiera de las tres siguientes maneras:

1)    Hibridación sp3.- utilizada cuando el carbono forma cuatro enlaces simples

2)    Hibridación sp2.- utilizada cuando el carbono forma un enlace doble.


3)    Hibridación sp.- utilizada cuando el carbono forma un enlace triple o enlaces dobles acumulados (dos dobles enlaces en un mismo átomo de carbono).

La hibridación da lugar a enlaces más fuertes, debido al mayor grado de de superposición orbital, resultando de ello moléculas más estables y con menor contenido energético


GEOMETRÍA MOLECULAR

Un enlace covalente es polar cuando existe cierta diferencia de electronegatividad entre los átomos que se unen. La magnitud que mide la polaridad de un enlace o de una molécula como un todo es el momento dipolar (μ) y la unidad en que se mide es el Debye (D). El momento dipolar es igual a la fracción de carga que se separa por la distancia de separación: μ = q . d; pero es una magnitud vectorial, o sea que es un vector que tiene módulo, dirección y sentido.

Si una molécula es diatómica y por lo tanto tiene un solo enlace, su polaridad es directamente la polaridad de dicho enlace.

Si el enlace es no polar como en el cloro la molécula es no polar:

Si el enlace es polar como en el caso del cloruro de hidrógeno la molécula es polar.

Cuando existe esta polaridad hay una separación de una fracción de carga, y se forma un dipolo

Síntesis

La manera en que los átomos se enlazan ejerce un efecto profundo sobre las propiedades físicas y químicas de las sustancias; pues los cambios químicos, que pueden ser para bien o para mal, son esencialmente una alteración de los enlaces químicos.
Si comprendemos el mecanismo del enlace químico, este conocimiento puede llevarnos a controlar la formación o ruptura de estos enlaces, por consiguiente, la formación o deformación de sustancias, dependiendo siempre de lo que estemos necesitando.
La materia que nos rodea se presenta en forma de sustancias con distinto aspecto y propiedades. En química los valores de electronegatividad de los elementos se determinan midiendo las polaridades de los enlaces entre diversos átomos. La polaridad del enlace depende de la diferencia entre los valores de electronegatividad de los átomos que lo forman.

Articulo de revista

Titulo: UN NUEVO VECTOR EN LA ESTRUCTURA DEL INDICE
TOPOLOGICO DE H. P. SCHULTZ

Autor: Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Chile, Casilla 233,
Santiago, Chile.

URL:

Bibliografía: facultad de ciencias químicas, Universidad de Chile; UN NUEVO VECTOR EN LA ESTRUCTURA DEL INDICE
TOPOLOGICO DE H. P. SCHULTZ.

Definición de pregunta:

¿Qué relevancia puede tener los resultados de esta investigación?

 

 

Bibliografía