01. estructura y propiedades

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01. estructura y propiedades

  1. 1. M. En C. Teresa Jaime Ornelas
  2. 2. • Facilitar el estudio de la química orgánica al repasar algunas ideas acerca de los átomos, los enlaces y la geometría molecular. 2
  3. 3. • Química orgánica• Estructura atómica• Enlaces químicos 3
  4. 4. • Parte de la química que estudia los compuestos de Carbono. Número atómico (Z): peso atómico # protones Número másico (A): 14 # protones + # neutrones 4
  5. 5. • Carbono:• Sus átomos tienen una capacidad única para unirse y formar cadenas y anillos.• Puede llegar a originar una gran diversidad de compuestos, compuestos orgánicos desde simples hasta complejos:• C, H, N, O, S, P, Cl, entre otros 5
  6. 6. (- ) # protones = # e- Número átómico (Z): # protones Número másico(A): # protones + # neutrones Isótopos: Átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico y e- , pero diferente número de neutrones.(+ ) átomo 6
  7. 7. Configuración electrónica(o periódica)Ubicación de los electronesen los distintos niveles de undeterminado átomo. 7
  8. 8. Para encontrar el electrón, hay que ubicar el nivel, el subnivel y el orbital.Modelo atómico Representación estructural de un átomo. Trata de explicar su comportamiento y propiedades. 8
  9. 9. Modelo atómico cuántico (actual) • Núcleo: Protones: Carga positiva y masa: 1,6725.10 g - Neutrones: Carga nula y masa : 1,6748.10 g • Nube - Electrones: Carga negativa y masa : 0,9109.10 g 9
  10. 10. Modelo atómico cuántico (actual)• Los e- se comportan como (onda-partícula).• “Principio de incertidumbre”: Es imposible determinar simultáneamente y con exactitud, la posición y la velocidad del electrón.• Los e- se ubican en orbitales. 10
  11. 11. Orbital• Espacio alrededor del núcleo de un átomo, en el que hay máxima probabilidad de encontrar un electrón (e-) -90 a 95%-.• Tiene máximo 2 e- “spines”, en sentido contrario. Lleno Semilleno Vacío “apareado” 11
  12. 12. Modelo atómico actualLos orbitales en un átomo están organizados en tornoal núcleo.Son diferentes niveles o capas de electrones sucesivasde mayor tamaño y energía, determinadas por losnúmeros cuánticos. 12
  13. 13. Modelo atómico actual:números cuánticosCódigo que identifica la posición del electrón en elátomo.  m l 13
  14. 14. Modelo atómico actual:números cuánticosNúmero cuántico principal (): Indica el nivel deenergía donde se encuentra el e-. Determina el tamañode las órbitas y la distancia al núcleo de un electrón = 1, 2, 3, 4, ….∞ 14
  15. 15. Modelo atómico actual:números cuánticosNúmero cuántico principal (): Dependiendo de suvalor, cada capa recibe como designación una letra. Siel número cuántico principal es 1, la capa se denominaK, si 2 L, si 3 M, si 4 N, si 5 P, etc. 15
  16. 16. Modelo atómico actual:números cuánticosNúmero cuántico secundario o azimutal (l): Determinala excentricidad de la órbita, cuanto mayor sea, másexcéntrica será, es decir, más aplanada será la elipseque recorre el electrón.Su valor depende del número cuántico principal n, l=(n-1). 16
  17. 17. Modelo atómico actual:números cuánticosNúmero cuántico secundario o azimutal (l):En la capa K, n= 1; l =0; órbita circular.En la capa M, n= 3, l tomará los valores de0, 1 y 2, el primero correspondiente a unaórbita circular y los segundos a órbitas cadavez más excéntricas. 17
  18. 18. Modelo atómico actual:números cuánticosNúmero cuántico magnético (m):Determina la orientación espacial de las órbitas, de laselipses. Su valor dependerá del número de elipsesexistente m=-l,…, 0, …l 18
  19. 19. Modelo atómico actual:números cuánticosNúmero cuántico magnético (m):l= 2, las órbitas podrán tener 5 orientaciones en el espacio, con los valores de m -2, -1, 0, 1 y 2.l=1; Tres orientaciones posibles (-1, 0 y 1).l= 0, sólo hay una posible orientación espacial, correspondiente al valor de m= 0. 19
  20. 20. Modelo atómico actual:números cuánticosEl conjunto de estos tres números cuánticosdeterminan la forma y orientación de la órbita quedescribe el electrón y que se denomina orbital. 20
  21. 21. Modelo atómico actual:números cuánticosEl número de orbitales depende de la capa y, portanto, del número cuántico n.En general, habrá en cada capa n+2 orbitales, elprimero s, 3 serán p, 5 d, 7 f, etc. 21
  22. 22. Modelo atómico actual:números cuánticos Tabla de números cuánticos Nombre de Símbolo Valor l No . De No. de orbital de orbital (subniveles) orbitales electrones Sharp S 0 1 2 Principal P 1 3 6 Difuso d 2 5 10 fundamental F 3 7 14 23
  23. 23. Modelo atómico actual:números cuánticos 24
  24. 24. Modelo atómico actualLos tres orbitales p dentro de una capa estánorientados en el espacio a lo largo de direccionesmutuamente perpendiculares representadas por px, py,pz. 25
  25. 25. Modelo atómico actual 26
  26. 26. Modelo atómico actual:números cuánticos•Número cuantico spin (s).Cada electrón, en un orbital gira sobre si mismo. Estegiro puede ser en el mismo sentido que el de sumovimiento orbital o en sentido contrario. S= +1/2 y -1/2. 27
  27. 27. Modelo atómico actual:Principio de Auf BauPermite determinar el orden de llenado de losorbitales de la mayoría de los átomos. 28
  28. 28. Modelo atómico actual:Regla de HundIndica como hacer el llenado de los electronesde un átomo:“Ningún orbital puede tener dos electrones antes quelos restantes orbitales de la misma subcapa tengan almenos uno. Se comienza con el orbital de menorenergía.” 29
  29. 29. Modelo atómico actual:Estado basal (o fundamental) de un átomo: Arreglo delos e- con mínima energía. Los e- se ubican lo más cercaque pueden del núcleo, siempre de forma ordenada.Estado excitado: Los electrones se han movido a unnivel de mayor energía (se han alejado del núcleo). 30
  30. 30. Modelo atómico actual:Llenado de orbitales1.- Primero se llenan los orbitales de menor energía deacuerdo al principio de Auf Bau.2.- Aplicar el principio de exclusión de Pauli. Los dos e-de un orbital deben tener un espín opuesto.3.- Aplicar la regla de Hund. 31
  31. 31. Fuerzas que mantienen unidos a los átomos.Los átomos, moléculas e iones y se unen entre sí porque al hacerlo se llega auna situación de mínima energía, lo que equivale a decir de máximaestabilidad. 32
  32. 32. Cuando los átomos se enlazan entre si, ceden,aceptan o comparten e-.Los e- de valencia determinan de que forma se uniráun átomo con otro y las características del enlace. 33
  33. 33. Regla del octeto “Los elementos al combinarse unos con otros, aceptan, ceden o comparten electrones con la finalidad de tener 8 electrones en su nivel más externo” 34
  34. 34. Regla del octetoEl átomo queda estable cuando presenta en su capa devalencia 8 electrones (configuración de un gas noble).Para alcanzar tal estabilidad, cada elemento precisaganar o perder (compartir) e- en los enlaces químicos. 35
  35. 35. Enlace iónico• Formado por metal + no metal• Existe como un agregado de aniones (iones negativos) y cationes (iones positivos).• Los metales ceden e- formando cationes, los no metales aceptan e- formando aniones. 36
  36. 36. Enlace iónicoCaracterísticas de compuestos iónicos• Sólidos a temperatura ambiente.• Buenos conductores del calor y la electricidad.• Tienen altos puntos de fusión y ebullición.• Solubles en solventes polares como el agua. p. f. 808°C 37
  37. 37. Enlace iónicoCaracterísticas de compuestos iónicos 38
  38. 38. Enlace covalente• Los átomos no ganan ni pierden e- , COMPARTEN.• Esta formado por elementos no metálicos. Pueden ser 2 o 3 no metales.• Pueden estar unidos por enlaces sencillos, dobles o triples, dependiendo de los elementos que se unen.• El conjunto neutro de átomos unidos por enlaces covalentes se le denomina molécula. 39
  39. 39. Enlace covalenteCaracterísticas de compuestos covalentes• Pueden presentarse en cualquier estado de la materia: solido, liquido o gaseoso.• Son malos conductores del calor y la electricidad.• Tienen punto de fusión y ebullición relativamente bajos.• Son solubles en solventes polares como benceno, tetracloruro de carbono, etc., e insolubles en solventes polares como el agua. 40
  40. 40. Enlace covalenteLa cantidad de enlaces covalentes que forma un átomodepende de cuantos e- de valencia tenga y cuantos e- más devalencia necesita para tener una configuración de gas noble.Los electrones que no participan en los enlaces se conocencomo electrones no compartidos, o par de electrones sincompartir. 41
  41. 41. Enlace covalenteEstructura de Lewis ó de electrón puntoRepresentación mediante puntos de los e- de un átomo. 42
  42. 42. 43
  43. 43. Enlace covalenteEstructura de Lewis ó de electrón punto• Hipótesis: Los átomos para conseguir 8 e– en su última capa compartentantos electrones como le falten para completar su capa (regla delocteto). Cada pareja de e– compartidos forma un enlace. Se pueden formar enlaces sencillos, dobles y triples con elmismo átomo. 44
  44. 44. Enlace covalenteEstructura de enlace línea o de KekuléRepresentación mediante puntos de los e- de un átomo en lascuales, un enlace covalente se representa con una línea entre losátomos. 45
  45. 45. Enlace covalenteDos modelos describen la formación del enlacecovalente.• Teoría del enlace de valencia el enlace covalente se forma por el solapamiento de los orbitales atómicos de la capa de valencia. El resto de orbitales no participa en la unión de los átomos. 46
  46. 46. Enlace covalenteTeoría del enlace de valencia (postulados):• Los enlaces covalentes se forman por traslape de dos orbitales atómicos, cada uno de los cuales contiene un electrón. Los espines de los dos electrones son opuestos.• Cada átomo enlazado retiene sus orbitales atómicos, pero el par de electrones en los orbitales atómicos es compartido por ambos átomos.• Mientras mayor es el traslape de los orbitales, el enlace es más fuerte. 47
  47. 47. A mayor sea el solapamiento mayor será la intensidad del enlace formadoSi el solapamiento de los orbitales es frontal se forma un enlace covalente tiposigma (σ).Si el solapamiento de los orbitales p es lateral se forma un enlace covalentetipo pi (π). Enlace débil. 48
  48. 48. Enlace covalenteTeoría de orbita molecularLa formación del enlace covalente se debe a unacombinación matemática de orbitales atómicos(funciones de onda) que forman orbitales moleculares,(pertenecen a toda la molécula y no a un átomo individual). 49
  49. 49. Enlace covalenteTeoría de orbita molecular•Orbital molecular describe la región del espacio en unamolécula donde es más factible que se hallen loselectrones. Tienen forma, tamaño y nivel de energíaespecífico.•La cantidad de orbitales moleculares que se presenta esigual a la cantidad de orbitales atómicos que se combina. 50
  50. 50. Enlace covalenteTeoría de orbita molecular• Los orbitales moleculares que tienen menos energía que los orbitales atómicos iniciales son de enlace;• Los orbitales moleculares con más energía que los orbitales atómicos iniciales son antielazantes• Los orbitales moleculares con la misma energía que dichos orbitales son de no enlace. 51
  51. 51. Enlace covalenteTeoría de orbita molecular 52
  52. 52. Enlace covalenteHibridación:• Previamente a la formación del enlace covalente, se produce la hibridación o “mezcla” de orbitales atómicos, dando lugar a otros nuevos con características geométricas diferentes a las de los orbitales originales. 53
  53. 53. Enlace covalente• Las hibridaciones más comunes se producen entre orbitales s y orbitales p. Como en cada nivel hay un orbital s y tres p, las hibridaciones posibles son: a) orbital s + orbital p = 2 orbitales híbridos sp b) orbital s + 2 orbitales p = 3 orbitales híbridos sp2 c) orbital s + 3 orbitales p = 4 orbitales híbridos sp3 54
  54. 54. 55

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