EL CARBONO
Un átomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes con cuatro átomos diferentes como máximo. Sus átomos pueden formar enlaces entre sí y así, formar cadenas largas.
Tetrahedro
•
La forma molecular es esencial
para comprender los fenómenos
que se presentan al nivel
molecular de la vida
¿Qué tienen de especial los
compuestos del carbono que
justifique su separación de los
otros elementos de la tabla
periódica?
Hay muchísimos compuestos del
carbono, y sus moléculas pueden
Características del Carbono
• Electronegatividad intermedia
– Enlace covalente con metales como con no metales
• Tetravalencia:
s
2p
2s p
xp
yp
z400 kJ/mol
• (se desprenden 830 kJ/mol al formar 2 enlaces C–H)
• Tamaño pequeño, por lo que es posible que
los átomos se aproximen lo suficiente para
formar enlaces
“
”, formando enlaces dobles
y triples (esto no es posible en el Si).
¿QUÉ TIENE DE ESPECIAL EL ÁTOMO
DE CARBONO?
KEKULÉ
Los átomos de carbono pueden unirse entre sí hasta
grados imposibles para los átomos de cualquier otro
elemento.
Pueden formar cadenas de miles de átomos o anillos
de todos los tamaños; estas cadenas y anillos pueden
tener ramificaciones y uniones cruzadas.
¿QUÉ TIENE DE ESPECIAL EL ÁTOMO
DE CARBONO?
Cada
ordenamiento
atómico
diferente
corresponde a un compuesto distinto
Cada compuesto tiene su conjunto de
características químicas y físicas.
Hoy se conocen millones de compuestos
del carbono
TEORÍA ESTRUCTURAL
o
BASE sobre
la cual se han acumulado
millones de hechos acerca de cientos de
miles
de
compuestos
individuales,
ordenándolos en forma sistemática.
TEORÍA ESTRUCTURAL
Es el marco de ideas acerca de cómo se
unen los átomos para formar moléculas.
Tiene que ver con el orden en que se
juntan los átomos y con los electrones que
los mantienen unidos.
TEORÍA ESTRUCTURAL
Nos revelan bastante acerca del compuesto cuyas moléculas representan; cómo proceder para hacerlo, qué propiedades físicas se pueden esperar de él ( punto de fusión, punto de ebullición, densidad, tipo de disolventes en que se disolverá el compuesto, si será coloreado o no, qué tipo de comportamiento químico esperar)
La clase de reactivos con los que reaccionará y el tipo de productos que formará, y si reaccionará rápida y lentamente.
ENLACE QUÍMICO
FUERZA QUE MANTIENE UNIDO LOS
ÁTOMOS DE UNA MOLÉCULA
– MECÁNICA CUÁNTICA
1926
• CAMBIOS EN LAS IDEAS SOBRE LA FORMACIÓN DE LAS MÓLÉCULAS
Tanto Kossel como Lewis basaron sus
ideas en el siguiente concepto del átomo
• Un núcleo cargado positivamente está rodeado de
electrones ordenados en capas o niveles energéticos concéntricos.
• Hay un máximo de electrones que se pueden acomodar en cada capa:
– Dos en la primera, ocho en la segunda, dieciocho en la tercera, y así sucesivamente.
• La estabilidad máxima se alcanza cuando se completa la capa externa, como en los gases nobles.
ENLACE IÓNICO
Resulta de la transferencia de electrones
Ejemplo: la formación del fluoruro de litio.
Un átomo de litio tiene dos electrones en su capa interna y uno en su capa externa o de valencia; la pérdida de un electrón dejaría al litio con una capa externa completa de dos
electrones.
Un átomo de flúor tiene dos electrones en su capa interna y siete en su capa de valencia; la ganancia de un electrón daría el flúor una capa externa completa con ocho electrones.
El fluoruro de litio se forma por la transferencia de un electrón del litio al flúor; el litio tiene ahora una carga positiva, y el flúor, una negativa.
La atracción electrostática entre iones de carga opuesta se
denomina enlace iónico, el cual es típico en las sales formadas por combinación de elementos metálicos (elementos
ENLACE IÓNICO
Estructura cristalina del NaCl expandida para mayor claridad. Cada Cl- se encuentra rodeado por 6 iones sodio y cada ión sodio
Redes iónicas
T de fusión alta
Conductividad eléctrica ( sólo en
estado líquido o en disolución
Solubilidad (sólo en disoluciones
polares)
Gran dureza
Es
la
unión
de
átomos
por
compartición de electrones.
Diferentes tipos de enlace
covalente
• Enlace
covalente normal
:
–Simple
Tipos de enlace
•
Enlace simple:
Los cuatro pares de electrones
se comparten con cuatro átomos distintos.
Ejemplo: CH
4, CH
3–CH
3•
Enlace doble:
Hay dos pares electrónicos
compartidos con el mismo átomo.
Ejemplo: H
2C=CH
2, H
2C=O
•
Enlace triple:
Hay tres pares electrónicos
compartidos con el mismo átomo.
•
Al enlace ubicado
en la región
intermolecular se
le designa enlace
Enlace covalente dativo o coordinado
• Cuando el par de electrones compartidos
pertenece sólo a
uno
de los átomos se
presenta
un
enlace
covalente
coordinado o dativo
.
El átomo que aporta el par de electrones
se llama
donador
(siempre el menos
electronegativo)
y
el
que
los
recibe
Enlace de átomos de azufre (S) y oxígeno (O)
Molécula de SO: enlace covalente doble
Molécula de SO2: enlace covalente doble y un enlace covalente
coordinado o dativo
:S ═ O:
˙ ˙
˙ ˙
˙ ˙
S ═ O:
˙ ˙
:O ←
˙ ˙
˙ ˙
Molécula de SO3: enlace covalente doble y dos enlaces covalentes coordinado o dativo
Diferentes tipos de enlace
covalente
Polaridad
del enlace:
– Apolar (H
2, O
2, F
2)
– Polar
Polaridad del enlace covalente
• Enlace covalente
apolar
: entre átomos de
idéntica electronegatividad (H
2, Cl
2, N
2…). Los
electrones compartidos pertenencen por igual a
los dos átomos.
Moléculas covalentes
Moléculas polares
(HCl, H
2
O...) (dipolos
permanentes)
–
Moléculas apolares
Moléculas covalentes polares:
Moléculas covalentes apolares:
el centro geométrico de δ- coincide con el
centro geométrico de δ+
En el CO
2existen enlaces covalentes polares y, sin
embargo, la molécula covalente no es polar. Esto
es
debido
a
que
la
molécula
presenta
una
estructura lineal y se anulan los efectos de los
dipolos de los enlaces C-O.
O ─ C ─ O
δ+
δ-Propiedades compuestos
covalentes (moleculares)
• No conducen la electricidad
• Solubles: moléculas apolares – apolares
• Insolubles: moléculas polares - polares
• Bajos puntos de fusión y ebullición…
Enlace metálico
• Las sustancias metálicas están formadas por átomos de un mismo elemento metálico (baja electronegatividad).
• Los átomos del elemento metálico pierden algunos electrones, formándose un catión o “resto metálico”.
• Se forma al mismo tiempo una nube o mar de electrones:
conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no pertenecen a ningún átomo en particular.
Propiedades sustancias metálicas
• Elevados puntos de fusión y ebullición
• Insolubles en agua
• Conducen la electricidad incluso en
estado sólido (sólo se calientan: cambio
físico).
– La
conductividad
es
mayor
a
bajas
temperaturas.
• Pueden deformarse sin romperse
electronegatividad determina
puede darse entre Átomos diferentes
En los cuales
La diferencia de E.N.
iónico Diferente de cero
covalente polar
y el enlace puede ser
mayor que 1,7 Diferencia de E.N.
Entre 0 y 1,7
El tipo de enlace que
Diferencia de E.N.
Átomos iguales
En los cuales
La diferencia de E.N.
Covalente puro o no polar
Cero
y el enlace es
ENLACE INTERMOLECULAR
• Enlace más débil que mantiene unidas las
moléculas entre sí.
• Estos enlaces son las
Fuerzas de Van
Der Waals.
• Estas son fuerzas entre moléculas debido
a la atracción eléctrica entre dipolos.
Uniones Intermoleculares de Van der Waals
Los
inducidos dipolos
se forman igualmente en
respuesta a los dipolos permanentes y a los
dipolos transitorios.
Los movimientos moleculares reorientan los
dipolos en ambas moléculas.
-ENLACE
SÓLIDOS MOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES
+
+
+
+
-
-ENLACES DE VAN DER WAALS
•Entre moléculas discretas (dipolos inducidos)
•Actúan a larga distancia
•No son dirigidas
VdW (débil)
10-100 Kj.mol-1
Covalente (fuerte)
50-1000 Kj.mol-1
Uniones Intermoleculares de Van der Waals
Dipolo inducido
El
dipolo
permanente
de
la
molécula de agua produce un
dipolo inducido (de menor
de
carga) en una molécula contigua
(un grupo =CH
2en este caso).
Interacciones electrostáticas
C
O
C
O
+
+--
--
-O
H
H
O
H
H
+ -Entre dipolos permanentes
(moléculas polares)
Entre dipolos instantáneos
(ej.: Gases nobles)
Entre dipolos inducidos
(ej.: moléculas apolares en agua)
+
-
+
-
+
-Uniones Intermoleculares de Van der Waal
Las
fuerzas
de
van
der
Waals
generan
interacciones moleculares que no perturban la
reactividad química de las moléculas involucradas.
Reconocidas en el siglo XIX como responsables de
las desviaciones del comportamiento ideal de los
gases reales ( P = [nRT/V - nb] - [n/V]
2) y de la
cohesión de los gases eléctricamente neutros
(como el Argón).
Enlace de hidrógeno
:Cuando el átomo
de hidrógeno está unido a átomos muy
electronegativos (F, O, N), queda prácticamente
convertido en un protón. Al ser muy pequeño, ese
átomo de hidrógeno “desnudo” atrae fuertemente
(corta distancia) a la zona de carga negativa de
otras moléculas
HF
H
2O
PUENTES DE HIDRÓGENO
Se requieren tres átomos para este
enlace:
Átomo de
hidrógeno
Átomo más
electronegativo
, que está
unido por enlace covalente con el átomo
de
hidrógeno.
Se
le
llama
átomo
donador de hidrógeno
Átomo que posee al menos un orbital con
un par de
electrones no compartidos
.
Se une al átomo de hidrógeno por
atracción electrostática.
Se le llama
Enlace de hidrógeno
Este tipo de enlace es el responsable de
la existencia del agua en estado líquido y
sólido.
• Ejemplos de polímeros
biológicos donde son muy
importantes los
Proteínas
Los puentes de Hidrógeno son los responsables de mantener la estructura secundaria de las proteínas
• Los puentes de Hidrógeno son fundamental para la vida sobre la tierra, porque todas las formas vivas requieren ambientes acuosos.
• Son la causa de las propiedades físicas exclusivas del agua y hacen que se comporte como un líquido.
