“Explicación de las propiedades y los estados de agregación en los compuestos químicos en función de los tipos de enlace.”

Usar las propiedades y los estados de agregación en los compuestos químicos para proponer modelos de enlace.

vs.

Las Sustancias

Químicas

Y los enlaces.....

(primero la realidad)

( .. y después el modelo )

¿Podemos clasificar a las sustancias?

¿Por qué es importante intentarlo?

Por estado de agregación

Estado de agregación

sólidos líquidos gases

Problemas....

n  ¿A qué temperatura?

n  ¿A qué presión?

n  ¿ En qué tiempo?

Problemas.....

n  “Semi” metales n  Metales de transición

Cu+2, Cu+1

n  Gases “Nobles”

¿ Xe = He ?

n  ¿Hidrógeno?

¿metal alcalino?... ¿halógeno?

Inorgánicas vs. orgánicas

Más problemas.....

n  Ca5(PO4)3(OH).... ¿Sería entonces éste

un compuesto orgánico..?

¿Orgánico o Inorgánico?

n  ....Los compuestos orgánicos son los que contienen carbono......

n  ( excepto los óxidos de carbono, los carbonatos, los tiocianatos, los cianuros, los carbonilos metálicos, los carburos, el acero....)

Más problemas

n  Basura “inorgánica”......

... Como el plástico......

n  Verduras “orgánicas”

... A diferencia de.....?

Mejor volvamos a los estados de agregación.....

Empecemos por los sólidos

Sólidos de “alta” temperatura de fusión

n 

Diamante.....

T.f. = 4000°C (Cotton dice que es el mayor conocido...).

Grafito....

n  Tf = 4000°C ...

Ca5(PO4)3(OH)

Tf = 1600°C

Hierro

n  Tf = 1528°C

Sal común

n  Tf = 801

¿Qué nos dice una alta temperatura de fusión? n  Si es necesaria mucha energía para fundir

al sólido, podemos explicarlo mediante interacciones multidireccionales

n  Cada entidad está unida a varias entidades vecinas y así sucesivamente

n  Se forman redes tridimensionales

n  Pero, no sabemos nada acerca de la naturaleza de las interacciones

Diamante NaCl CaF2

GaAs

Sólidos de baja temperatura de fusión

Azufre, yodo, compuestos orgánicos

¿Qué nos dice una baja temperatura de fusión? n  Si con poca energía se funde el sólido,

podemos explicarlo mediante interacciones de dirección selectiva, (sólo en algunas direcciones se da una interacción fuerte)

n  Aquí las interacciones se dan con intensidad

sólo entre algunos átomos vecinos y son débiles con los otros

n  Unidades “discretas” moléculas Al fundirse el sólido, éstas mantienen su

identidad, sólo se separan unas de otras.

fenol

yodo azufre

Moléculas

n  En las interacciones de dirección selectiva, hay átomos fuertemente unidos a otros átomos vecinos (con lo que se forman moléculas),

n  pero la interacción entre moléculas es relativamente débil.

n  En este caso, para pasar al estado líquido lo que

se requiere es romper las interacciones débiles entre moléculas, por lo que la temperatura de fusión es baja.

Fósforo

n  Blanco, Tf = 44°C

n  Rojo, Tf = 590°C

n  Negro Tf = 610°C

Gases, líquidos o sólidos de baja temperatura de fusión

n  Suponer que una sustancia está

formada por moléculas, permite explicar que exista como un gas, como un líquido o como un sólido con temperatura de fusión baja.

En resumen

n  Sólidos de alta temperatura de fusión:

n  Interacciones multidireccionales:

REDES

n  Baja temperatura de fusión (sólidos, líquidos o gases)

n  Interacciones de direccionalidad selectiva:

MOLÉCULAS

Aparte de la direccionalidad,

¿Cómo es la naturaleza de las interacciones que unen a

los átomos?

Necesitamos otra propiedad observable

por ejemplo ¿...la cristalinidad...?

Tipos de sustancias que forman cristales

n  Los metales n  Los compuestos iónicos

n  Los compuestos moleculares

n  Los compuestos covalentes reticulares

n  O sea... Casi cualquier tipo de sustancia puede formar cristales

¿Y la solubilidad...?

Problemas: n  Las sustancias no son “solubles o

“insolubles” n  Hay muchas sustancias iónicas

insolubles en agua

n  Hay muchas sustancias covalentes (moleculares) solubles en agua

Algunos sólidos conducen la corriente

Algunos sólidos se disuelven en agua y conducen la corriente

¿Con esto podemos proponer modelos para la naturaleza de las interacciones en las sustancias con distintas propiedades?

¿Qué me dice la conductividad?

n  Si hay manifestación de cargas que se mueven, al aplicar una diferencia de potencial, es razonable suponer que hay separación de cargas en el material.

Enlace metálico

n  Los sólidos que conducen la corriente pueden concebirse como un conjunto de iones positivos que se encuentran ordenadamente colocados dentro de un mar de electrones libres. Les llamamos metales

Esto explica: 1.- que sean sólidos cristalinos, pero

maleables 2.- que conduzcan la corriente en

estado sólido

Enlace iónico

n  Los sólidos que no conducen la corriente como tales, pero que sí lo hacen al fundirse o disolverse en agua, pueden concebirse como un conjunto entidades de carga opuesta (aniones y cationes).

n  Esto puede explicar: 1.- que sean sólidos cristalinos y quebradizos 2.- que no conduzcan la corriente en estado sólido 3.- qué sí conduzcan la corriente al estar fundidos 4.- que si se disuelven en agua, conduzcan la

corriente

Enlace covalente

n  Una sustancia que no conduce nunca la corriente puede concebirse como una en la que se comparten equitativamente los electrones entre átomos vecinos.

n  Si son sólo unos cuantos átomos los que comparten, se forma entre ellos un enlace covalente que da origen a una molécula.

n  Si cada átomo comparte electrones con vecinos

en distintas direcciones, se forma una red covalente.

Enlace metálico

sólido

Enlace iónico

fundido o disuelto

Sí Conduce

Enlace covalente

sólido, fundido o disuelto

No conduce

Conductividad

Enlace covalente polar

n  En el cloruro de hidrógeno, HCl, el cloro atrae con más fuerza a los electrones que el hidrógeno, pero los electrones se comparten entre los dos átomos, no se han cedido de uno a otro como en el caso de un enlace iónico:

D e c i m o s q u e e l c l o r o e s m á s electronegativo que el hidrógeno

¿y eso....cómo se sabe...?

Electronegatividad

n  Definición de Pauling:

Es la capacidad de un átomo en un enlace para atraer electrones hacia sí mismo

Comportamiento periódico n  Ojo con la “tendencia general”

Predicción del tipo de enlace

n  = 0 enlace covalente no polar

n  ? < < 0 enlace covalente polar

n  > ?? enlace iónico

Δχ

Δχ

Δχ

CsF = 4.0 – 0.7 = 3.3 NaCl = 3.0 – 0.9 = 2.1 LiBr = 2.8 –1.0 = 1.8 HF = 4.0 –2.1 = 1.9 BF3 = 4.0 –2.0 = 2.0

¿Tipo de enlace...?

Óxidos

n  Na2O = 2.4

n  CaO = 2.5

n  FeO = 1.7

n  Al2O3 = 2.0

n  Sólidos

(redes)

n  CO2 = 1.0 n  NO2 = 0.5

n  SO3 = 1.0

n  Gases (moléculas)

Interacciones débiles

Momento dipolar

¿Polar o no polar?... ¡Depende también de la geometría!

C C

H H

H

H H

H

PM= 30, T.eb. = -88°C

etano

C

HH

H

H

O

PM= 32, T.eb. = 65°C

metanol

CH3

tolueno

PM= 92, T.eb= 110°C

OH

PM= 94, T.eb= 180°C

fenol

Efectos del momento dipolo