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QUI-123Clasificacin de la materia, hasta estructura de LewisProfesores: Adriana Toro Rosales
Clase N2
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Cambios fsicos y/o qumicos?
Piedra caliza,CaCO3
Triturar
Piedra caliza Triturada,CaCO3
calentamiento
Pyrex
CO2
CaO
Cal ydixido de carbono,
CaO + CO2
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O2
H2OH2O2
Luz Solar
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OBJETIVOS DE LA UNIDAD
Conocer las caractersticas y limitaciones de cadamodelo atmico que comprende la teora atmica.
Conocer y aplicar la teora mecnico cuntica.
Conocer y aplicar las configuraciones electrnicas de
los tomos.
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Teora Atmica moderna
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Evolucin del modelo atmico
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Estructura atmica.
Neutrones
(1932)
Protones
(1910)
(1897)
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Modelo atmico de Thomson
Regin positiva.
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1. Los tomos con carga positiva estn concentrados en elncleo
2. Los protones (+) tiene carga opuesta al electrn (-)3. Las masa del p+ es 1840 veces la masa del e-(1.67 x
10-24
g)
Experimento de Rutherford (Premio Nobel de Qumica 1908)
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Modelo atmico de Rutherford : Concepto de tomo Nuclear (1904)
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Teora atmica de Bohr
Ncleo :ProtonesNeutrones
p+n
ReginExtranuclearElectrones (e-)
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Vlido slo paraespecies con 2e-
Modelo de Bohr
http://1.bp.blogspot.com/_ozINmXqXGNU/SRcr1JeXY1I/AAAAAAAAABY/o2fJdU-_Xno/s400/bohr.jpg
http://1.bp.blogspot.com/_ozINmXqXGNU/SRcr1JeXY1I/AAAAAAAAABY/o2fJdU-_Xno/s400/bohr.jpghttp://1.bp.blogspot.com/_ozINmXqXGNU/SRcr1JeXY1I/AAAAAAAAABY/o2fJdU-_Xno/s400/bohr.jpghttp://1.bp.blogspot.com/_ozINmXqXGNU/SRcr1JeXY1I/AAAAAAAAABY/o2fJdU-_Xno/s400/bohr.jpghttp://1.bp.blogspot.com/_ozINmXqXGNU/SRcr1JeXY1I/AAAAAAAAABY/o2fJdU-_Xno/s400/bohr.jpg -
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Experimento de Chadwick (1932)
tomos de H = 1p; tomos de He =2p
masa He/masa H debera ser 2
Medida real masa He/masa H es 4
neutrn (n) es neutro (carga = 0)
masa de n ~ masa p = 1.67 x 10-24g
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(Chadwick)
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En la actualidad es posible visualizartomos (densidad electrnica) : Ej.
tomos de una superficie de oroObtenida con un microscopio de Fuerzaatmica (AFM).
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Estructura electronica del ADN visualizadautilizando scanning tuneling microscopy (STM)
http://www.huji.ac.il/cgi-bin/dovrut/dovrut_search_eng.pl?mesge120455733205872560
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Partcula Smbolo Carga Ubic. Masa,g Masa, 1H
Protn p+ + 1 ncleo 1,67x10-24 1Neutrn n 0 ncleo 1,67x10-24 1electrn e- - 1 exterior 9,11x10-28 1/1840
Partculas Subatmicas
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Cmo diferenciar los tomos ?
tomos diferentes tienen distinto nmero de protones y de
neutronesen sus ncleos
Para determinar cuntos protones y neutrones hay en un tomo, se
debe conocer el nmero atmico (Z) y el nmero msico(A).
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NMERO ATMICO (Z) es el nmero de protones en el tomo.
En un tomo neutro el nmero de protones es igual al nmero deelectrones.
Z = NMERO DE PROTONES
NMERO MSICO (A)es la suma del nmero de protones y deneutrones.
A = N DE PROTONES + NEUTRONES
Estructura Atmica
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Para representar el nmero atmico y msico seutiliza la siguiente simbologa
X= smbolo del elemento
A= nmero msico
Z= nmero atmicoX
A
Z
Representacin
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Para determinar el nmero de neutrones en el ncleo:
nmero de neutrones = A - Z
Clculos de Z y A
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De la fsica clsica a la
teora Cuntica
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Ecuacin de Schrdinger
Erwin Schrdinger
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Las soluciones, o funciones de onda, , son funcionesmatemticas que dependen de unas variables que slo pueden
tomar valores enteros.
Estas variables de las funciones de onda se denominan
nmeros cunticos: nmero cuntico principal, (n), angular (l) ynmero cuntico magntico (ml).
Estos nmerosdescr iben el tamao, la forma y laor ientacin en el espacio de los orbitales en un tomo.
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Orbital atmico
ES LA ZONA MS PROBABLE EN DONDESE PUEDE ENCONTRAR A UN ELECTRN
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Para tomar en cuenta el spin del electrn se aade uncuarto nmero cuntico, conocido como nmero cuntico
de spin del electrn (ms)
para un electrn existen dos estados de spin distintos, alos que se asigna un nmero cuntico de spin ms:
ms=+1/2 o ms= -1/2
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Orbitales Atmicos
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orbitales f (l = 3)
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Energa de los Orbitales
Niveles de Energa de los orbitalestomo de Hidrgeno
Niveles de Energa de los orbitalestomo Polielectrnico
Energa de los orbitales de tomo de Hidrgeno
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Configuracin Electrnica
4 nmeros cunticos (n, l, ml, ms) identificanpor completo un electrn en cualquier orbitalen cualquier tomo.
(n, l, ml, ms) Domiciliode un electrn
Sirve para entender el comportamientoelectrnico de los tomos polielectrnicos.
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Escritura de las configuraciones electrnicas de lostomos que se encuentran en estado fundamental
Se lee uno, s, uno
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El principio de exclusin de Pauli
No es posible que 2 electrones de un tomo
tengan los mismos 4 nmeros cunticos
a) y b) prohibidosSlo 2 electrones pueden coexistiren el mismo orbitalatmico, y deben tener espines opuestos
c) 1 e-
(1, 0, 0, +1/2)1 e-
(1, 0, 0, - 1/2)
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Regla de Hund
la distribucin electrnica ms estable en los subniveles es laque tiene mayor nmero de espines paralelos
La distribucin del diagrama c) satisface esta condicin
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Orden de llenado de los subniveles atmicos en untomo polielectrnico.
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OBJETIVOS DE LA UNIDAD
Conocer y aplicar las configuraciones electrnicasabreviadas (notacin Kernel), para tomos neutros,cationes y aniones.
Conocer y aplicar las propiedades peridicas enanlisis de casos simples.
Conocer y aplicar la teora de Lewis en el anlisis decasos sencillo.
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Diamagnetismo y Paramagnetismo
Sustancias paramagnticas:son atradas por un imn.Poseen espines paralelos.
Sustancias diamagnticas:son repelidas levementepor un imn. Poseen espines apareados o antiparalelos.
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ParamagneticElectrones desapareados
2p
DiamagneticTodos electrones apareados
2p
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Principio de construccin o de Aufbau
Aufbau: construccin progresiva en alemnLos protones se incorporan al ncleo de uno en uno para
construir los elementos, los electrones se suman de la misma
forma a los orbitales atmicos
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Efecto pantalla en tomos polielectrnicos
En un tomo polielectrnico cada electrn es simultneamente:
- atrado por los protones del ncleo
- repelido por los otros electrones
Cualquier densidad electrnica presente entre el ncleo y elelectrn reducir la atraccin que sienteel electrn por parte
del ncleo.
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A la carga neta positiva que atrae al electrn se le denominacarga nuclear efectiva.
La carga positiva que es sentida por los electrones ms
externos de un tomo es siempre menor que la carga nuclearreal, debido a que los electrones internos apantallan dichacarga.
La extensin del apantallamiento de un electrn por parte delos electrones ms internos depender de la distribucin de loselectrones alrededor del ncleo.
Efecto pantalla en tomos polielectrnicos
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Efecto pantalla en tomos polielectrnicos
Si nos basamos en la forma de los orbitales la probabilidad deestar cerca del ncleo segn el tipo de orbital ser:
Disminuye poder de penetracin
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Estabil idad de un electrn, determinada por la fuerza de
atraccin del ncleo.
Ejemplo:
Un electrn en 2s tendr menor energa que un electrn en 2p.
Quitar un electrn en 2p demanda menos energa de lanecesaria para un electrn en 2s porque el ncleo atrae con
menos fuerza a un electrn en 2p
Efecto pantalla en tomos polielectrnicos
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NOTACIN DE KERNEL
Manera simplificada de escribir la configuracin electrnica esutilizando los gases nobles:
1.- Conocer el n de electrones (Z).
2.- Con Z, seleccionar el gas noble que tengan un nmero atmicolo ms cercano pero menor.
3.- Escribir la configuracin con el gas noble elegido y completarsegn diagrama de energa.
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Las configuraciones electrnicas de todos los elementos serepresentan por un ncleo de gas noble.
Ejemplos:
Mg: [Ne]3s2
Al: [Ne]3s23p1
Si: [Ne]3s23p2
P: [Ne]3s23p3
S: [Ne]3s23p4
Cl: [Ne]3s2
3p5
Ar: [Ne]3s23p6
Se coloca entre parntesisel smbolo del gas nobleque antecede al elemento
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Configuracin Electrnica de Iones
Na [Ne]3s1 Na+ [Ne]
Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar]
Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne]
tomos que pierdenelectrones para alcanzarconfiguracin de Gas noble sedenominan Cationes
F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 o [Ne]
O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 o [Ne]
N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 o [Ne]
tomos que ganan
electrones para alcanzarconfiguracin de gasnoble, se denominanAniones
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Na+
: [Ne] Al3+
: [Ne] F-
: 1s2
2s2
2p6
o [Ne]
O2- : 1s22s22p6 o [Ne]
N3-: 1s22s22p6 o [Ne]
Na+, Al3+, F-, O2-y N3-son denominados comoisoelectrnicos con respecto al Ne
Cul elemento neutro ser isoelectrnico con H-?
H-: 1s2Igual configuracin electrnica que He
Se pueden dar casos como:
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Configuracins Electrnica de Cationes deMetales de Transicin
Cuando se forma un catin de un tomo de unmetal de transicin, los electrones son removidosprimero desde orbitales ns y luego desdeorbitales (n1)d.
Fe: [Ar]4s23d6
Fe2+: [Ar]4s03d6 o [Ar]3d6Fe3+: [Ar]4s03d5 o [Ar]3d5
Mn: [Ar]4s23d5
Mn2+: [Ar]4s03d5
o [Ar]3d5
Ejemplos
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Tabla Peridica de los elementosPropiedades Peridicas
TABLA PERIDICA DE LOS ELEMENTOS
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PeridoG
rupo
Metales
Alaalinos
Gase
sNobles
Ha
logenos
MetalesAlcalinostrr
eos
TABLA PERIDICA DE LOS ELEMENTOS
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Clasificacin General de los Elementos
1
2
3
4
5
2np6
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ns
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
ns2
d1
d5
d10
4f
5f
Clasificacin de los elementos segnConfiguracin electrnica
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Configuracin electrnica y la Tabla peridica
Si agrupamos las columnas en funcin del ltimo tipo de orbital que seha llenado tendremos:
Izquierda (lila): metales alcalinos y alcalinotrreosDerecha (verde):grupos del 13 a18Estos dos grupos comprenden los elementos principales
Mitad de la tabla (amarillo): metales de transicinDebajo de los metales de transicin estn las dos filas de elementos, los lantnidos y los
actnidos.
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Propiedades Peridicas
Radio atmico y radio inico
ElectronegatividadAfinidad electrnica (electroafinidad)
Energa de ionzacn
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PERIODOS filashorizontales , son 7, correspondenal nivel de valencia
Ej Li nivel de valencia 2 se
encuentran en el periodo 2
GRUPOS : filas verticales columnas ) designados con nromano y letras A o B (son 18 )
Los elementos que tienen configuracin electrnica similaresen el nivel de valencia, poseen propiedades anlogas y
pertenecen al mismo grupo
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EJEMPLO
Na11=1s22s22p63s1
n de electrones devalencia =1Pertenece al grupo IA
K19=1s22s22p63s23p64s1
n de electrones devalencia=1Pertenece al grupo IA
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PROPIEDADESPERIODICAS
Son aquellas que varan gradualmente a medida quecambia el nmero atmico (Z)
Las variaciones de las propiedades peridicasdependen de las configuraciones electrnicas, enespecial de la configuracin de la capa externa ocupaday de su distancia con respecto al ncleo
Su variacin se analiza en grupos y periodos
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RADIO ATMICO: es la mitad de ladistancia existente entre los centros de dos o
ms tomos que estn en contacto.
Radio = d/2
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VARIACIN DEL RADIO TMICO
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VARIACIN DEL RADIO ATMICO EN RELACIN AL NMERO
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Aumenta el radioatmico
Aumenta elradio atmico
Radio()
VARIACIN DEL RADIO ATMICO EN RELACIN AL NMEROATMICO
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Radio inico Es el radio que tiene un tomo que ha perdido o ganado
electrones, adquiriendo la estructura electrnica del gasnoble ms cercano. Los cationesson menores que los tomos neutros por la
mayor carga nuclear efectiva (menor apantallamiento orepulsin de e).
Los anionesson mayores que los tomos neutros por ladisminucin de la carga nuclear efectiva (mayorapantallamiento o repulsin electrnica).
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Energa o potencial de ionizacin (EI)
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Energa o potencial de ionizacin (EI)
Es la mnima energa necesaria para extraer un ede untomo neutro, gaseoso y en su estado fundamental yformar un catin.
M (g) M+(g) + 1e-
Es siempre positiva (proceso endotrmico) y se expresaen eV/tomo o en kJ/mol. Se habla de 1EI(EI1), 2 EI(EI2), ... segn se trate delprimer, segundo, ... eextrado.
LaEI aumenta hacia arriba en los grupos y hacia laderecha en los periodos por aumentar Z* y disminuir elradio.
LaEI de los gases nobles, al igual que la 2EIen losmetales alcalinos, es enorme.
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Variacin de la Energa de ionizacin (EI)
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Variacin de la Energa de ionizacin (EI).
Aumento en la Energa de ionizacin
http://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/conmarcos/graficos/ionizacion.jpg -
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Un tomo con "n" electrones tiene "n"energas opotenciales de ionizacin.
La energa necesaria para retirar el primer
electrnms dbilmente unido, se conoce comoLa Primera Energa de IonizacinI1. El retirodel segundo electrn requiere la energa I2y as
sucesivamente.
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EJEMPLO
Tomemos la energa de ionizacin delAluminio
Al(g) ----> Al+(g) + e- I1= 580 kJ/mol
Al+(g)----> Al2+(g) + e- I2= 1815 kJ/mol
Al2+
(g)----> Al3+
(g) + e- I3= 2740 kJ/molAl3+(g) ----> Al4+(g) + e- I4= 11600 kJ/mol
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AFINIDAD ELECTRNICA
Energa que se liberada cuando se aade un electrn aun tomo gaseoso neutro en su estado fundamental paraformar el anin correspondiente.
Cl (g)+ e- Cl -(g) A.E = - 348kJ/ mol
Los elementos con afinidades electrnicas muy negativas
ganan electrones con facilidad para formar ionesnegativos (aniones).
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ELECTRONEGATIVIDAD
Tendencia relativa de los tomos a atraer los electrones de
enlaces.
Las electronegatividades de los elementos se expresan en unaescala algo arbitraria llamada escala de Pauling. La cul
toma valores desde 0,8 para el Cs hasta el elemento ms
electronegativo el F con una E.N= 4,0
VARIACINDE LA ELECTRONEGATIVIDAD
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Disminuye laelectronegatividad
Disminuye laelectronegatividad
Ejercicios
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Ejercicios
1.- Ordenar los conjuntos de tomos en orden de radio
atmico decreciente:a) Se,S,Ob) Ga, Ca, Src) Mg, Al, O
d) Na, B, P, Cl, Mg
2.- Ordenar los conjuntos de iones y tomos en ordencreciente de radio inico:a) Fe2+,Fe3+, Feb) H, H+,H-c) N3-, Na+, F-, Mg2+, O2-
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3.- Cules de las siguientes especies son isoelectrnicasentre s?C, Cl-, Mn2+, B-, Ar, Zn, Fe3+, Ge2+, Al3+, Ne
4.- Dos tomos tienen las siguientes configuraciones
electrnicas 1s2
2s2
2p6
y 1s2
2s2
2p6
3s1
. La primera E.I. deuno es 2080 kJ/mol, y la del otro es 496 kJ/mol. Asignecada valor de E.I. a cada una de las C.E. Justifique
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Enlace Qumico
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Por qu se unen los tomos?
Los tomos, molculas e iones, se unen entre sporque al hacerlo se llega a una situacin demnima energa, lo que equivale a decir, demxima estabilidad.
Son los electrones de valencia, los responsablesde esta unin (externos).
Tipos de enlaces:
-
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Tipos de enlaces:
Intramoleculares:InicoCovalenteEnlace de hidrgeno
Intermoleculares:Fuerzas de Van de WaalsEnlaces de hidrgeno
Metlico
Enlaces de Lewis
-
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Enlaces de Lewis
Gilbert Lewis (1875-1946).
E l i i
-
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Enlace inico
Elementos con bajas energas de
ionizacinTienden a formar cationesEj. Metales alcalinos yalcalinotrreos.
Elementos que tienen altasafinidades electrnicasTienden a formar anionesEj. Halgenos.
Fuerza electrosttica que une a los ionesen un compuesto inico.
Enlace inico
-
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Li + FLi
+
F-
1s22s1 1s22s22p5 1s2 1s22s22p6
[He] [Ne]
Li Li+ + e-
e-
+ F F -F -Li+ + Li+F -
Enlace inico
-
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Enlace Covalente
-
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Enlace Covalente
Enlace en el que 2 electrones son compartidos pordos tomos.
Comparacin de las propiedades entrecompuestos covalentes y inicos
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compuestos covalentes y inicos
Compuestos Covalentes 2 tipos de fuerzas de atraccin Una mantiene unidos a los tomos de una molcula (energa de enlace) La otra opera entre las molculas, Fuerza intermolecular (ms
dbiles). Por tanto, las molculas en un compuesto Covalente se unen con
menos fuerza. Casi siempre son gases, lquidos o gases con bajo punto de fusin. La mayora son insolubles en agua y si se llegan a disolver sus
disoluciones acuosas por lo general no conducen la electricidad (noelectrolitos)
Compuestos Inicos Se mantienen unidos por fuerzas electrostticas (muy fuertes) Son slidos a temperatura ambiente y tienen puntos de fusinelevados. La mayora es soluble en agua y sus disoluciones acuosas conducen
la electricidad (electrolitos fuertes)
Enlace covalente polar o polar
-
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Enlace covalente polar o polar
Enlace covalente en el que los electrones pasan ms tiempoen la vecindad de un tomo que del otro, es decir, con mayordensidad del electrn alrededor de uno de los dos tomos.
H F
FH
electron ricoregionelectron pobreregione-ricoe-pobre
d+ d-
Electronegatividad
-
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Electronegatividad
Capacidad de un tomo para atraer hacia s
los electrones de un enlace qumico
Propiedad til paradistinguir entre el
enlace covalente nopolar del enlacecovalente polar.
Aumenta
Aumenta
-
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Segn la diferencia de electronegatividad, seclasifican en:
Enlace Covalente Polar Enlace covalente Apolar
Enlace inico
Rango de Diferencia de Electronegatividad
E:
0 Covalente Apolar
1.7 Inico
0 < and
-
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q g ,polar covalente, o covalente apolar: Enlace enCsCl; Enlace en H2S; y el enlace NN en H2NNH2
Cs 0.7 Cl 3.0 3.0 0.7 = 2.3 Inico
H 2.1 S 2.5 2.5 2.1 = 0.4 CovalentePolar
N 3.0 N 3.0 3.0 3.0 = 0 Covalente Puro
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Estructura de Lewis y Carga Formal
1. tomo menos electronegativo ocupa la posicin central,EXCEPTO el HIDROGENO y FLUOR (TERMINALES).
2. Los tomos de oxgeno NO SE ENLAZAN ENTRE SI,excepto en las molculas de O2y O3.
3. Calcular el nmero total de electrones de valencia (sume un
eVadicional por cada carga negativa o reste un eVpor cadacarga positiva).
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Estructura de Lewis y Carga Formal
4. Sobre el esqueleto dibujado, complete los octetos de lostomos enlazados al elemento central. Los electrones que noparticipan de un enlace covalente deben quedar como pares
libres.
5. Si no se cumple la regla del octeto para el tomo central,agregue dobles o triples enlaces entre el tomo central y los
que lo rodean.
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Ejemplo 1: NF3
NF
F
F NF
F
F
N: 2s22p3
5eV
F: 2s22p5
7eV
eV Totales= 5 + (3x7) = 26 eV
Reglas Estructura de Lewis
Estructura de Lewis y Carga Formal
E ib l d L i
-
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Escriba las estructuras de Lewis para:a) cido ntrico.
b) Ion nitratoc) AsCl3d)HClO3e) COBr2 (el C est unido a los tomos de O y Br)
Estructura de Lewis y Carga Formal
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Nmero de enlaces,que es la mitad del nmero deelectrones de enlace.
Nmero de electrones no enlazantes o nocompartidos o libres, que es igual al nmero total
de electrones de valencia menos el nmero deelectrones de enlace.
Distribuir los enlaces y los electrones no
compartidos en las estructuras bsicas posibles.Observar en cada caso que se cumpla la regla delocteto, desde que sea posible. Los elementosoxgeno y los halgenos siempre la cumplen.
y g
-
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E t t d L i C F l
-
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CO
O
O
C: 2s22p2
4eV
O: 2s22p4
6eV
eV Totales= 4 + (3x6) + 2 = 24 eV
CO
O
O CO
O
O
CO
O
O
2-
Ejemplo: CO32-
Estructura de Lewis y Carga Formal
Estructura de Lewis y Carga Formal
-
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OOO
Ej: O3
OOO
Cargas formales
1)6(2
126centralOdetomo
0)4(
2
146terminalOOdetomo
1)2(21
66terminalOOdetomo
OOO
Estructura de Lewis y Carga Formal
Estructura de Lewis y Carga Formal
-
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Criterios de seleccin de estructuras de acuerdo
con las cargas formales:
y g
-En Molculas neutras es preferible la estructuraque no tiene cargas formales. (valor cero)
-Las estructuras de Lewis con cargas formalesgrandes son menos probables. (2, 3).
-Si dos estructuras tiene las mismas cargasformales, las cargas negativas deben ubicarseen tomos ms electronegativos.
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Cul es la adecuada?
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106/117
-
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Resonancia
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Resonancia
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CC
C C C
C
H
H
H
H
H
HC
C
CCC
C
H
H
H
H
H
H
BENCENO (C6H6):
-
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Excepciones a la regla del octeto
Regla del octetoAplicable a elementos del 2 periodo
Excepciones, 3 categoras:
Octeto incompleto. N impar de electrones de valencia. Ms de 8 ev. alrededor del tomo central.
Molculas con nmero impar de electrones
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Molculas con nmero impar de electrones
Algunas molculas poseen un n impar de ev. Ejs. NO, NO2
Puesto que se requiere un n parde electronespara completar 8, la regla del octeto no se puedecumplir para todos los tomos en cualquiera de
estas molculas.
N 5e-
O
6e-
11e-NO N O
Octeto incompleto
-
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Octeto incompleto
Ejemplos:Berilio, grupo 2, periodo 2 1s22s2BeH2HBeH
H HBeBe 2e-
2H 2x1e-4e-
BeH2
Elementos grupo 3: Al y B, 3e- de valencia: Boro 1s22s22p1
-
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Ejemplo: BF3
F
F
F
B
+
-
Qu pasa si formamos un doble enlace B=F parasatisfacer el octeto de B?
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El octeto expandido
Los tomos del 3 periodo en adelante formanalgunos compuestos en los que hay ms de 8electrones alrededor del tomo central.
Estos elementos tambin tienen orbitales 3d quepueden formar enlaces.
Estos orbitales permiten que un tomo forme unocteto expandido.
Ej. Hexafluoruro de azufre, SF6
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S, Z=16; [Ne]3s23p4SF6
S 6e-6F 42e-
48e-S
F
F
F
FF
F
6 enlaces simples (6x2) = 1218 pares libres (18x2) = 36
Total = 48
Cada uno de los 6 ev del tomo de S forma un enlacecovalente con un tomo de F, de tal forma que hay 12 ev
alrededor del tomo central.
Ejercicios
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1.- Dibuje la estructura de Lewis para el in sulfato, indique la
presencia de posibles estructuras resonantes.
j
2.-