A short video that shows how atoms bond
ORBITALES S Y ORBITALES P
ORBITALES d
ORBITALS
REPULSIÓN DE LOS PARES DE ELECTRONES DE VALENCIA
ENLACES SIGMA
Formation of sigma bonding is visualized in this animation
HIBRIDACIÓN DE ORBITALES
REPULSIÓN DE LOS PARES DE ELECTRONES DE VALENCIA
ENLACES SIGMA
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HIBRIDACIÓN DE ORBITALES
HÍBRIDOS sp DE UN ÁTOMO DE CARBONO
HÍBRIDOS sp2 DE UN ÁTOMO DE CARBONO
HÍBRIDOS sp3 DE UN ÁTOMO DE CARBONO
ENLACES COVALENTES EN LA MOLÉCULA DE METANO
ENLACES COVALENTES EN LA MOLÉCULA DE ETENO
ENLACES COVALENTES EN LA MOLÉCULA DE ETINO
HÍBRIDOS sp3 DE UN ÁTOMO DE CARBONO
ENLACES COVALENTES EN LA MOLÉCULA DE METANO
ENLACES COVALENTES EN LA MOLÉCULA DE ETENO
ENLACES COVALENTES EN LA MOLÉCULA DE ETINO
ENLACES COVALENTES EN LA MOLÉCULA DE BENCENO. RESONANCIA.
CICLO DE BORN HABER
Ciclo de Born-Haber
DETERMINACIÓN DE ENERGÍAS RETICULARES
Las energías reticulares ya calculadas, también pueden determinarse de los valores experimentales de los calores reacción y de cambio de fase de los participantes de una reacción química :
El cambio de energía de una reacción de transformación química puede ser calculado de la suma de los cambios energéticos de una serie de procesos, con idénticos estados inicial y final.
Este cambio de energía calorimétrica es normal que se exprese en términos de la ENTALPIA ,DH donde se define que H = E + PV y así se toma en cuenta no solo el cambio de energía química sino además, el cambio de calor para llevarlos hasta gases a la Presión P y ocupando el Volumen V.
DHAD = DHAB + DHBC + DHCD
Li(s)+(1/2)F2(g) --> LiF(s) DH = -617 kJ ( por mol de LiF)
M+(g)+ X-(g) --> M+ X-(s)
Li(s)+(1/2)F2(g) --> LiF(s)
- Sublimación del sólido. Cambia el estado de una substancia desde el estado sólido al gaseoso
Li(s) --> Li(g) Entalpía de sublimación = DH = 161 kJ/mol - Ionización del átomo . Aquí se ioniza Li para dar Li+ en la fase gas:
Li(g) --> Li+(g) + e- Pot. Ionización = 520 kJ/mol - Disociación de la molécula gaseosa F2(g):
(1/2)F2(g) --> F(g) Entalpía de unión F--F = 77 kJ/mol - Formación de F- gaseoso
F(g) --> F-(g) Electroafinidad F = - 328 kJ/mol - Formación del sólido a partir de iones gaseosos
Li+(g) + F-(g) ---> LiF(s) Energía reticular LiF = - 1047 kJ/mol
Li(g) + F(g)
--->
Li+(g) + F-(g) PROCESO | CAMBIO DE ENERGÍA (KJ) |
---|---|
Li(s) --> Li(g) | 161.0 |
Li(g) --> Li+(g)+e- | 520.0 |
(1/2)F2(g) --> F(g) | 77.0 |
F(g) --> F-(g) | -328.0 |
Li+(g)+F-(g) --> LiF(s) | -1047.0 |
SUMA Li(s)+(1/2)F2(g) --> LiF(s) | -617.0 (por mol de LiF) |
En la figura a la izquierda se muestra un diagrama que resume toda la información discutida, en una escala de energía. Un ciclo de esta naturaleza se le conoce como diagrama de Born-Haber
Obsérvese que de todos los escalones presentes, el más notable y exotérmico es el de la ENERGÍA RETICULAR (-1047 kJ), que practicamente contribuye en gran medida a la energía global resultante para la reación.
Finalmente, el diagrama a continuación muestra los cambios de energía que ocurren en la formación de NaF y MgO, ambos sólidos.
Se sabe que los sólidos iónicos son materiales estables a prácticamente cualquier temperatura ( ˜ 800°C fácilmente) y presión bastante elevada. Así, en reacciones a temperatura ambiente es normal que produzcan iones gaseosos que automáticamente se ordenan en una red cristalina que les corresponde. Se entiende que la energía electrostática ya calculada para dos iones (+) y (-) ahora debe tomar en cuenta todas las interaccciones de atracción y repulsión (- con - y + con +) de todos contra todos.
EJEMPLO : NaCl (s)
Ahora queremos abordar la metodología para conocer los datos de energía que aparecen en esos ciclos de Born-Haber. Como ejemplo, estudiemos el cristal NaCl(s), cúbico, del cual conocemos bastantes datos experimentales importantes desde el punto de vista termoquímico.
- Nos interesa calcular la Energía Reticular desde el punto de vista calorimétrico. Para esto, recordemos que la entalpía H = E + PV no solo entrega información del contenido de energía "interna", E, sino además, lo que pasa con el volumen que ocupa el compuesto químico a la presión V. Obsérvese que existe la ley de gases ideales que establece una relación directa entre P,V y la temperatura T:
PV=nRT ,n= número de moles gaseososR=constante universal para todos los gases
Na+(g) + Cl-(g) ---> NaCl(s)
DH = E reticular + P(V NaCl(s) - V gas,2moles)
DH = E reticular + P(V NaCl(s) - V gas,2moles) = E reticular - 2RT
R = 8,314 [J/mol K]
DH formación sólido = E reticular - 5 kJ/mol
- En verdad, no existen métodos experimentales satisfactorios para medir Energías reticulares directamente. Los valores que se reportan provienen generalmente, de ciclos de Born-Haber o bien de cálculos teóricos ocupando ecuaciones como la de Born-Landé presentada. De los datos entregados anteriormente, el valor para la Ereticular del NaCl(s) es Ereticular = 755 kJ mol-1 (valor teórico) y 770,3 kJ mol-1 ( valor experimental). Estos valores los vamos a comparar con los que logremos calcular ahora, a 25° C.
Para comenzar, de Tablas de calores de formación referidos a 25°C, esto es,
DH 298 f
Na(s) + (1/2)Cl2(g) --> NaCl(s) DH 298 = -411 kJ/mol f
ETAPA SIGNO 1 Na(s) --> Na(g) DH1 + 2 Na(g) --> Na+(g)+1e- DH2 + 3 (1/2)Cl2(g) --> Cl(g) DH3 + 4 Cl(g)+1e- --> Cl-(g) DH4 - 5 Na+(g)+Cl-(g) --> NaCl(s) DH5 -
Na(s) + (1/2)Cl2(g) --> NaCl(s) junto con DH 298 = DH1 + DH2 + DH3 + DH4 + DH5 f
- DH2 puede evaluarse a partir de valores experimentales para la energía de ionizaciòn para Na(g)
Na(g) ---> Na+(g) +1e- DH2 = E 298°K ; E 0°K = Pot. Ioniz = 495.9 kJ/mol ioniz ioniz
E 298°K = E 0°K + Cp · DT ioniz ioniz
Cp = (5/2)R
R = 8,3145 [J/mol K]
E 298°K = 502 kJ/mol ioniz
DH 298 = 502 kJ/mol 2 - Lo mismo se debe hacer para la electroafinidad del Cl,
Cl(g) + 1e- --> Cl-(g) E 0°K = 348 kJ/mol afinidad electrónica DH4 = -348 -(5/2)R·(298)
DH 298 = -354 kJ/mol 4
Na(s) --> Na(g) DH 298 = 108 kJ/mol 1
(1/2)Cl2(g) --> Cl(g) DH 298 = 121 kJ/mol 3 - Es la incógnita,
DH 298 = DH 298 - [DH 298 + DH 298 + DH 298 + DH 298 ] 5 f 1 2 3 4
DH 298 = -788 kJ/mol, cristal de NaCl(s) 5
DH 298 = E 0°K - (5/2)R·(298) = -788 kJ/mol 5 reticular
E 0°K = -782 kJ/mol, experimental, cristal de NaCl(s) reticular
E reticular = - z2e2[A] Navog ( 1 - 1 ) = (1.602x10-19)2(1,748)Nav (1 - 1 ) [kJ/mol] ---------------- ---- ---------------------------------- ---- 4p e0 r n 4p (8.854x10-2)(2.814x10-10) n
E 0°K = -755 kJ/mol, teórico, cristal de NaCl(s) reticular
RESUMEN PROPIEDADES EN RELACIÓN AL ENLACE
Tipo de sólido | Iónico | Metálico | Covalente 3D | Molecular |
Unidad estructural | Ión | Átomo | Átomo | Molécula |
Enlace entre unidades | Enlace iónico | Enlace metálico | Enlace covalente | Fuerzas de Van der Waals |
Dureza | Duro | Amplia gama | Duro | Blando |
Punto de fusión | Alto (600 a 3000 °C) | Amplia gama (–39 a 3400 °C) | Alto (1200 a 4000 °C) | Bajo (–272 a 400 °C) |
Conductividad | Aislante en estado sólido. Conductor en disolución o fundido. | Conductor | Aislante o semiconductor | Aislante |
Generalmente se presenta en | Compuestos de metales y no metales | Metales de la mitad izquierda | No metales del centro | No metales de la mitad derecha |
Ejemplos | KI, Na2 CO3 , LiH | Na, Zn, bronce | Diamante,Si,SiO2 | O2 ,C6H6, H2O |