Enlace
Químico
Principios de
Estructura de la Materia
Sigfrido Escalante Tovar
feb-2010
El enlace químico
• Es un concepto tan común para los químicos que,
muchas veces, nos olvidamos que es solamente eso,
simplemente un concepto.
• Es un concepto tan útil, tan exitoso que a veces no
pensamos en sus limitaciones.
• Lo hemos aprendido desde los inicios de nuestra
• Lo hemos aprendido desde los inicios de nuestra
formación que pensamos que toda la química se reduce
a lo que podamos explicar con nuestros paradigmas
sobre el enlace covalente.
• Adicionalmente hemos acumulado durante nuestra
carrera algunos errores de concepto respecto del enlace
químico, veamos algunos:
¿ENDOTÉRMICO O EXOTÉRMICO?
ENDOTÉRMICO
EXOTÉRMICO
H
2
O(l) H
2
O(g)
Na
+
(g) + Cl
-
(g)
NaCl(s)
ENDOTÉRMICO
EXOTÉRMICO
Mg
2+
(g) + agua
Mg
2+
(ac)
H
2
H + H
¿CIERTO Ó FALSO?
FALSO
CIERTO
Hay que proporcionar energía
para formar un enlace covalente
La condensación de un gas es un
proceso exotérmico
proceso exotérmico
Cuando se rompe un enlace puede
absorberse o desprenderse energía
dependiendo del enlace de que se trate
La ruptura de un enlace iónico es un
proceso endotérmico
FALSO
Elige la opción que completa correctamente
la oración:
CH
2
=CH
2
+ 3O
2
2CO
2
+ 2H
2
O
La reacción de combustión del etileno es
exotérmica debido a:
• La ruptura del enlace C=C
• La ruptura de los enlaces C-H
• La ruptura del enlace O=O
• Todo lo anterior
Elige la opción que completa correctamente
la oración:
Al enlace O-P en el ATP se le llama fosfato de alta energía porque:
a) El enlace O-P es particularmente estable.
b) El enlace O-P es relativamente débil.
c) La ruptura del enlace libera una importante cantidad de energía.
d) Se requiere una relativamente pequeña cantidad de energía para romper el
d) Se requiere una relativamente pequeña cantidad de energía para romper el
enlace.
•
a y c
•
b y c
• Sólo c
• Sólo b
• b y d
• No sé
Un ejemplo: el ATP
Energía de enlace
Energía de
punto cero
X
2
(g)
2X(g)
∆
H
e
(T) =
∆
U
el
+3/2RT
Energía
y
entalpía
H (g)
2H(g)
Ejemplo:
H
2
(g)
2H(g)
∆
U
el
=
458.1 (kJmol
-1
)
∆
U
0
= 432.0
∆
U
298
=
433.21
∆
H
298
=
435.93
E
AB
: energía de enlace y
∆
∆
∆
∆
H
dis
: entalpía de disociación del enlace
∆
∆
∆
∆
H
dis
es el cambio de entalpía asociado
en la ruptura de una mol de enlaces
covalentes A-B a una temperatura dada.
Molécula
E
A-B
(kJmol
-1
)
H-H
432
F-F
158
Cl-Cl
242
Br-Br
193
I-I
151
H-Cl
438
U
0
: energía de red cristalina
• Es la energía que se libera cuando se forma
una mol de cristal iónico a partir de sus iones
en fase gaseosa.
A
y+
(g) + B
x-
(g) A
x
B
y
(s)
U
0
< 0
2
0
0 0
1
1
4
ANZ Z e
U
r
n
πε
+
−
=
−
∆
H
hid
: entalpía de hidratación
• Es el cambio de entalpía cuando se hidrata
una mol de iones gaseosos en agua líquida.
M
y+
(g) + nH O [M(H O) ]
y+
∆
H
=
∆
H
M
y+
(g) + nH
Hidratación
de
∆
∆
∆
∆
H
at
: entalpía de atomización
• Involucra a la energía necesaria para
producir una mol de átomos gaseosos de
un elemento a partir de éste en
un elemento a partir de éste en
condiciones estándar.
S
8
(s) 8S(g)
∆
H
at
= 278.8 kJmol
-1
Cl
2
(g) 2Cl(g)
∆
H
Termodinámica
vs
Cinética
En ocasiones un proceso termodinámicamente
favorecido no se lleva a cabo porque
cinéticamente no lo está.
C(diamante) C(grafito)
∆
H
Tipo de
interacción
de la energía
potencial con
la distancia
Energía
típica
(kJ mol
-1)
Comentarios
Ion-ion
1/r
250
Entre iones solamente
Ion –dipolo
1/r
2
15
moléculas polares
Entre iones y
permanentes
Dipolo-dipolo
1/r
3
2
Entre moléculas
polares estacionarias
Largo
alcance
Ion-Dipolo
inducido
1/r
4
---Entre iones y
moléculas no polares.
Dipolo-Dipolo
inducido
1/r
6
0.3
polares y polares
Entre moléculas
rotantes.
Fuerzas de
dispersión
de London
1/r
6
2
Entre todos los tipos
de moléculas.
La energía de un enlace o puente de hidrógeno A---- H es del orden de 20 kJ mol
-1y se presenta cuando A = N, O ó F
Corto
alcance
que ocurren simultáneamente
O O
O
O
O
O
O
O
O
N N
N N
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
N
N
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Corolario
• La energética y la estructura de los
sistemas están íntimamente relacionadas,
en general, de manera compleja.
• Por lo tanto es necesario una gran
• Por lo tanto es necesario una gran
sistematización de la información
experimental.
¿Qué es un enlace químico?
•
IUPAC (2006)
”…hay un enlace químico entre dos átomos o grupos
de átomos en el caso en el que las fuerzas que actúan entre ellos
sean tales que lleven a la formación de un agregado con
suficiente
estabilidad para hacer
conveniente
que los químicos lo consideren
como una especie
molecular
independiente”
• La definición anterior parece no ser completa pues deja fuera al
enlace iónico al circunscribirse sólo a una
especie molecular
.
enlace iónico al circunscribirse sólo a una
especie molecular
.
Pareciera referirse solamente al enlace covalente.
• Resulta vaga pues deja al lector la decisión de decidir qué es
suficiente
y qué es
conveniente
.
• Tiene, no obstante, la ventaja de que, a nuestro juicio, podamos
considerar otras asociaciones entre átomos o grupos como las de
puente de hidrógeno o las de van der Waals como enlaces
Átomos en moléculas
contornos de
densidad electrónica
línea de gradiente de
densidad electrónica
HF
densidad electrónica
Punto crítico
Densidad electrónica experimental en NaCl
Aquí, bien puede
haber un punto
crítico (3,-1)
son enlaces químicos?
¿8 bond pathsentre el átomo
de gas noble central y los 8
Merino
et al
;
Chem. Eur. J
. 2008, 14, 10232 – 10234
Merino y colaboradores se preguntan:
¿La existencia de una
línea de enlace
es una condición suficiente que prueba que
dos átomos están conectados por un enlace en el sentido químico de la palabra?
átomos de carbono del cubano
implican 8 enlaces? ¿20 bond pathsentre el átomo de gas
noble central y los 20 átomos de carbono del dodecahedrano implican entonces 20 enlaces?
¿60 bond pathsentre el átomo
de gas noble central y los 60 átomos de carbono del C60 implican ¡ 60 ! enlaces?
