Resumen general semana 6
Unidad
3
3.1 Introducción
Los elementos químicos se
combinan de diferentes maneras para formar toda una variedad de compuestos
inorgánicos y orgánicos. Hay compuestos gaseosos, líquidos y sólidos, los hay
tóxicos e inocuos, mientras que otros son altamente benéficos para la salud.
Las propiedades de cada compuesto dependen del tipo de elemento químico que lo
forman, el modo cómo se enlazan (tipo de enlace químico), la forma y geometría
de los agregados atómicos (moléculas) y de como estos interactúan entre si.
En 1916, el químico alemán Walther Kossel expuso que en las reacciones químicas
ocurren perdida y ganancia de electrones por parte de los átomos, y por ello
estos adquieren la configuración electrónica de un gas noble. Sin duda Kossel
se refería al enlace iónico, y por lo tanto a los compuestos iónicos.
Posteriormente los químicos
norteamericanos Gilbert Newton Lewis e Irving Langmuir, cada
uno en forma independiente estudiaron los compuestos iónicos y no iónicos
(covalentes), comprobando que los átomos al formar enlace químico adquieren en
su mayoría la estructura atómica de un gas noble (8 electrones en el nivel
externo), lo que hoy se llama Regla del Octeto.
En 1923, G.N.Lewis plantea su
teoría de enlace por pares de electrones y anuncia que el octeto
se logra por medio de compartición de electrones. Entonces a Kossel lo podemos
considerar como el padre del enlace iónico, y a Lewis el padre del enlace
covalente.
En 1926, Walter Heitler y
Fritz London demostraron que el enlace covalente en la molécula de H2
se podría explicar mediante la mecánica cuántica.
La mecánica cuántica describe
muy bien a los átomos y estructura electrónica de los mismos; pero la situación
en la molécula es muy diferente debido a la mayor complejidad de esta, el
aparato matemático es mucho más difícil de formular y los resultados menos
fáciles de obtener e interpretar.
Hoy en día, los químicos
disponen de métodos de cálculo y de técnicas experimentales muy sofisticadas
que permiten conocer con exactitud la forma, geometría y dimensiones de las
moléculas.
3.1.1 Concepto de enlace químico
El enlace
químico es la fuerza que mantiene unidos a los átomos (enlace
interatómico) para formar moléculas o formar sistemas cristalinos (iónicos,
metálicos o covalentes) y moléculas (enlace intermolecular) para formar los
estados condensados de la materia (sólido y líquido), dicha fuerza es de
naturaleza electromagnética (eléctrica y magnética), predominante fuerza
eléctrica.
3.1.2 Clasificación
de los enlaces químicos
CLASIFICACION DE ENLACES
QUIMICOS:
1. Enlaces Interatómicos:
2. Enlaces
Intermoleculares o Fuerzas de Van der Waals:
- Enlace dipolo – dipolo
- Enlace puente de hidrógeno
- Enlace por fuerzas de London
3.1.3 Aplicaciones
y limitaciones de la Regla del Octeto
La regla
del octeto, enunciada en 1917 por Gilbert Newton Lewis, dice que la
tendencia de los iones de los elementos del sistema periódico es completar sus
últimos niveles de energía con una cantidad de 8 electrones de tal forma que adquiere una configuración muy
estable. Esta configuración es semejante a la de un gas noble,1 los elementos ubicados al extremo derecho de la tabla periódica. Los
gases nobles son elementos electroquímicamente estables, ya que cumplen con la estructura de Lewis, son
inertes, es decir que es muy difícil que reaccionen con algún otro elemento.
Esta regla es aplicable para la creación de enlaces entre los átomos, la naturaleza de estos enlaces determinará el
comportamiento y las propiedades de las moléculas. Estas propiedades dependerán
por tanto del tipo de enlace, del número de
enlaces por átomo, y de las fuerzas intermoleculares.
Existen diferentes tipos de enlace químico, basados todos ellos, como se ha explicado
antes en la estabilidad especial de la configuración electrónica de los gases
nobles, tendiendo a rodearse de ocho electrónes en su nivel más externo. Este
octeto electrónico puede ser adquirido por un átomo de diferentes maneras:
- Enlace iónico.
- Enlace covalente.
- Enlace metálico.
- Enlaces intermoleculares.
Limitaciones
Existen excepciones a esta
regla. Los átomos que no cumplen la regla del octeto en algunos compuestos son:
carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre. En algunos casos estos elementos forman
dobles enlaces y hasta triples el carbono y el nitrógeno.Algunas moléculas o iones sumamente reactivos tienen átomos con menos de ocho electrones en su capa externa. Un ejemplo es el trifluoruro de boro (BF3). En la molécula de BF3 el átomo de boro central sólo tiene seis electrones a su alrededor.
La forma más clara para ver gráficamente el funcionamiento de la "regla del octeto" es la representación de Lewis de las moléculas. Antes de que se puedan escribir algunas estructuras de Lewis, se debe conocer la forma en que los átomos están unidos entre sí. Considérese por ejemplo el ácido nítrico.
3.2 Enlace
Covalente
Enlace covalente entre dos átomos o grupos de átomos se produce cuando
estos, para alcanzar el octeto estable, comparten electrones del último nivel.1 La
diferencia de electronegatividades entre los átomos no es suficienteDe esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos o no metales.
El Enlace Covalente se presenta cuando dos átomos comparten electrones para estabilizar la unión.
3.2.1 Teorías para explicar el enlace covalente y sus alcances
En la actualidad existen dos teorías para explicar el enlace covalente: la Teoría del Enlace de Valencia y la Teoría de Orbitales Moleculares. Es preciso hacer notar que ninguna de las dos teorías es "mejor" que la otra, y que cada una de ellas puede ser más adecuada en función del parámetro, del cálculo o de la propiedad que se esté estudiando. Así, por ejemplo, si se trata de determinar la geometría molecular o la energía de disociación, propiedades del estado fundamental de la molécula, es más conveniente emplear la Teoría del Enlace de Valencia. En cambio, si se trata de explicar las propiedades espectroscópicas, es preferible emplear la Teoría de Orbitales Moleculares. En realidad ambas teorías son incluso complementarias, hasta tal punto que no utilizar ambas supondría limitar las herramientas disponibles para el estudio del enlace.
3.2.1.1 Teorías del Enlace de Valencia
La Teoría del Enlace de Valencia (T.E.V.)
La Teoría del Enlace de Valencia fue la primera teoría, basada en la mecánica cuántica, que se desarrolló para explicar el enlace en las moléculas covalentes. Se puede considerar que expresa el concepto de Lewis del enlace en términos de las funciones de ondas. En 1927, Heitler y London propusieron un tratamiento mecano-cuántico para la molécula de hidrógeno, que fue posteriormente desarrollado por investigadores como Pauling y Slater, entre otros. Lo que aparece a continuación es un resumen del trabajo de Pauling y Coulson.Como primera aproximación, considérense dos átomos de hidrógeno que se encuentran muy separados entre sí, a distancia infinita, de forma que no hay interacción posible entre ellos. La función de onda que describe al sistema será igual al producto de las funciones de onda que describen a cada átomo por separado:
Ψ
= φA(1)φB(2)
donde φA y φB representan a
los orbitales 1s de cada átomo de hidrógeno. Cuando se resuelve la ecuación de
ondas en función de la distancia de separación entre los átomos, se obtiene un
valor de la energía de -24 kJ/mol y una distancia de equilibrio de 90 pm. Los
valores experimentales para esta molécula son –458 kJ/mol y 74 pm,
respectivamente, lo que indica que esta aproximación dista mucho de representar
la situación real.Una mejora de dicha función, sugerida por Heitler y London, consiste en suponer que los electrones no pueden ser asignados de manera taxativa a los núcleos A y B. Cuando los átomos se aproximan hasta la distancia de equilibrio, no es posible distinguir si el electrón 1 está ligado al átomo A o al átomo B, y lo mismo sucede con el electrón 2. Así pues, una descripción del sistema igualmente válida es la que representa la función de onda Ψ = φA(2)φB(1), en la cual el electrón 2 está en el átomo A y el electrón 1 en el átomo B. Como ambas funciones son igualmente probables, la mejor función que describe al sistema resulta de una combinación lineal de ambas:
Ψ
= φA(1)φB(2) + φA(2)φB(1)
Los valores de
energía y distancia que se obtienen en este caso son -303 kJ/mol y 86.9 pm.
Aunque estos valores aún están lejos de los correspondientes a la molécula
real, sí se acercan más que los anteriores. Esta aproximación suele llamarse de
intercambio, pues se basa en la posibilidad de que los electrones cambien de
núcleo en lo que a asignaciones se refiere
Es lo que falto de la unidad 2 2.3.2 Elementos
de importancia económica
1.- El mercurio, bajo la
forma de metal mercurio, utilizado en más de 80 clases de industrias de 3000
maneras diferentes , cuya proporción aumenta peligrosamente en ríos y mares.
2.- El Acido sulfúrico a
temperatura ambiente es un líquido corrosivo, incoloro, inodoro de olor
picante, muy corrosivo y de gran viscosidad, se utiliza mucho en la industria actualmente.
3.- El plástico, en
cualquiera de sus formas tarda más de 150 años en ser desechado por la
naturaleza.
4.- El plomo, que se
encuentra ampliamente diseminado en las tierras y bajo forma se sales en los
mares ,en concentraciones muy bajas (0,3 mg por millón) . Al aumentar su uso
como aditivo de los combustibles y ser eliminado como gas de desecho, su
concentración crece y se va depositando en los alrededores de las fabricas y a
lo largo de las carreteras hasta una extensión de casi 300 metros en una franja
,a cada lado de las mismas.
5.- El DDT , un pesticida que
fue muy utilizado para controlar plagas agrícolas y forestales casi desde su
descubrimiento; su concentración va aumentando con los años, lo que hace muy
peligroso para la tierra y los ríos.
6.- Los elementos radiactivos,
desechos de las centrales nucleares y la investigación, son un problema muy
serio para los países industrializados que aun los utilizan.
7.- El petróleo que tras ser
derramado en mares y playas crea problemas medioambientales como los vividos en
Galicia, España y en Alaska, USA.
8.- El Smog , constituido a partir de sustancias que contiene nitrógeno y el humo de
combustión (coches), mezclados bajo los efectos de la radiación solar produce ozono,
y puede ser muy tóxico.
9.- Los Detergentes químicos,
que al mezclarse con las aguas crean un gran problema ya que muchas sustancias
de su formulación no pueden destruirse y contaminan las aguas de los ríos.
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