5 Farmacia
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Tema 5
TEORÍA DE ENLACE DE VALENCIA
Bibliografía1. ¨ Chemistry, The Central Science ¨ , 9th Ed. by Ed. Prentice Hall (2003) T L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E.
Bursten, and J. R. Burdge. (Versión en Español, 9ª Ed. Prentice Hall (2003)
2. ¨ General Chemistry-Principles and Modern Applications ¨ , 8th Ed. Prentice Hall (2002) by R.H. Petrucci,W. S. Harwood, and F. G. Herring. (Versión en Español, 8ª Ed. Prentice Hall (2003)
Tema 5 : TEORIA DE ENLACE DE VALENCIA
5.1 Introducción
CUALITATIVODISTRIBUCION DE e-, ENLACES y GEOMETRÍA
RPECV (3D)T. DE LEWIS (2D)T.4:
NUEVOS MODELOS(MECANOCUÁNTICOS)
T. ENLACEVALENCIA
(TEV)
T. ORBITALESMOLECULARES
(TOM)
GEOMETRÍA/ENERGÍADISOCIACIÓN
PROP.ESPECTROS-CÓPICAS
COMPLEMENTARIOS
CUANTITATIVO DE ENLACEDISTANCIAS
ENERGÍAS
¿?
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE DE VALENCIA
5.1 Introducción
ÁTOMOS MONOELECTRÓNICOST.1:
Ec. Schrödinger n »» n, l, ml
ÁTOMOS POLIELECTRÓNICOST.2:Ec. Schrödinger:
NO SOLUCIÓN APROXIMACIÓN
ORBITALn, l » dependencia E
MOLECULAS 2 o más átomos
Ec. Schrödinger:NO SOLUCIÓN
APROXIMACIONES
T.5: TEV T.6: TOMTEV construye una función de onda de la molécula a partir del
SOLAPAMIENTO de Orbítales Atómicos: Concentra densidadelectrónica en la región de SOLAPAMIENTO. Lleva Lewis a loMecano-cuántico. Localización de e-
TOM Introduce el concepto deOrbital Molecular, asignandoelectrones a moléculas, no aátomos
ESTRUCTURA ATÓMICA
DOS MODELOSBase
ENLACE
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE DE VALENCIA
5.1 IntroducciónTeoría de Enlace de Valencia (TEV)
1ª: Distancia entreátomos de H ∞
∞
ψ = ψ Α(1) ⋅ ψ Β(2)
…Función de onda (sistema)Átomos por separado
Resolución de ecuación de onda: -0.25 ev a 90 pm.Valores lejanos a los experimentales
Mejoras Electrones no solo de un átomo. Electrón puede ser del átomo A y del átomo B.ψ = ψ Α(1) ⋅ ψ Β(2) + ψΑ(2) ⋅ ψ Β(1) Función de onda para aproximación de intercambio
Considerando Carga Nuclear Efectiva de intercambio. Considerando Contribución Iónica del enlace ψ = ψ Α(1) ⋅ ψ Β(2) + ψΑ(2) ⋅ ψ Β(1) + λψ Α(1) ⋅ ψ Α(2) + λ ψΒ(2) ⋅ ψ Β(1)
• Conocer la TEV con el fin de dominar sus principios y saber utilizarlos en ladescripción del enlace covalente en moléculas sencillas
• Justificar la utilización los Orbitales Híbridos (Mezcla) en los átomos centralesde especies poliatómicas para poder relacionar éstos con la geometríamolecular y la energía de enlace.
• Saber como son y como se construyen los tipos de Orbitales Híbridos másbásicos. Conocer las relaciones que se pueden establecer a partir de ellos.
• Entender por qué se utiliza la TEV para describir el enlace de moléculassencillas
Objetivos del Tema
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE DE VALENCIA
5.1 Introducción
5.1 Introducción
5.2 Principios de la TEV
5.2.1 Solapamiento. Enlace σ (sigma) y π (pi)
5.2.2 Moléculas Homodiatómicas. Teoría de Enlace de Valencia.
5.3 Moléculas Poliatómicas: Orbitales Atómicos Híbridos
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
5.2 Principios de la TEV 5.2.1 Solapamiento. Enlace σ (sigma) y π (pi)
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
• TEV describe el enlace como Solapamiento entre Orbitales Atómicosconstituyentes de la molécula
s s Función de onda INCREMENTADA INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA
PROBABILIDAD MÁXIMA 2 e
dVS jiij !! "= # ψi, ψj : orbitales atómicos
Grado de solapamiento: Sij
Sij = 0 Cuando OAs están muy separados o son del mismo átomo (+ +)Sij MÁXIMO, funciones muy similares en ENERGIA (mismo signo) e = SIMETRÍA
Máximo solapamiento Solapamiento intermedio Solapamiento nulosp
5.2 Principios de la TEV 5.2.1 Solapamiento. Enlace σ (sigma) y π (pi)
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Solapamiento LATERAL
Solapamientos con interferencia constructiva: responsables del enlace
Ej. F2
Ej. HFHF
Ej. N2(FRONTAL Y LATERAL)
Enlace SENCILLO: Enlace σ TEV
Enlace MÚLTIPLE: Enlace π TEV
s
p s
p p
O.A. enlaces sigma, !
p p
p p
O.A. enlaces pi, "
s
Solapamiento FRONTAL
Ej. H2Superposición
Solapamiento LATERAL
5.2 Principios de la TEV 5.2.1 Solapamiento. Enlace σ (sigma) y π (pi)
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Otros solapamientos dVS jiij !! "= # = 0 Interferencia destructiva NO hay ENLACE
s
p s
p p
O.A. enlaces sigma, !
s
s s
p s
p p
p p
p p
enlaces pi, !
p p
p p
Solapamiento FRONTAL
Solapamiento FRONTAL
Solapamiento LATERAL
Solapamiento LATERAL
5.2 Principios de la TEVTema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
5.2.2 Moléculas Homodiatómicas. Teoría de Enlace de Valencia.
Solapamiento FRONTAL
Solapamiento LATERAL
Descripción del enlace en N2 según la TEV
N(1): 1s2 2s2 2px1 2py
1 2pz1
Aplicando la Teoría de Lewis…N(2): 1s2 2s2 2px
1 2py1 2pz
1 N N z
y
x
pz pz
px px
py py
O.A. enlaces pi, !
O.A. enlaces sigma, "
5.2 Principios de la TEVTema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
5.2.2 Moléculas Heteroatómicas. Teoría de Enlace de Valencia.
Descripción del enlace en H2S según la TEV.
H: 1s1 x 2 Aplicando la Teoría de Lewis…S: 1s2 2s2 2px
2 2py1 2pz
1
Geometría (TEV) dada por disposición espacial de los átomosEnergía de Enlace depende del Solapamiento: N2 > H2 > HS (en H2S)
H2S
5.2 Principios de la TEVTema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
5.2.2 Moléculas Homodiatómicas. Teoría de Enlace de Valencia.
Principios de la TEV
1. El apareamiento de electrones no apareados de átomos vecinos »» enlace covalente
3. Los electrones pueden cambiar de estado de energía, (excitarse) para ocuparorbitales que antes de la formación del enlace estaban vacíos, con el fin deproporcionar suficientes electrones no apareados a cada átomo, lo que conducirá a lamáxima formación de enlaces. PROMOCION ELECTRÓNICA
4. La geometría de las moléculas está determinada por la dirección en la que seapuntan los orbitales del átomo central.
Problema: Aplicar a la resolución de moléculas poliatómicas simples.(Ej. Especies formadas por combinación de alcalinotérreos con hidrogeno: BeH2)
2. Los espines de los electrones apareados deben ser antiparalelos
N2 según la TEV.N(1): 1s2 2s2 2px
1 2py1 2pz
1
N(1): 1s2 2s2 2px1 2py
1 2pz1
N N Enlace σ (tomando el ejex como eje horizontal)
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Principios de la TEV1. El apareamiento de electrones no apareados de átomos vecinos »» enlace covalente
2. Los espines de los electrones apareados deben ser antiparalelos
N2 según la TEVN(1): 1s2 2s2 2px
1 2py1 2pz
1
N(1): 1s2 2s2 2px1 2py
1 2pz1
Creación de nuevos orbitales equivalentes. Idénticos. Misma energía. Interconvertibles
Orbitales equivalentes creados a partir de orbitales atómicos puros:ORBITALES HIBRIDOS
N N
CH4 según la TEVC: 1s2 2s2 2px
1 2py1 2pz
0
H(x 4): 1s1
¿?
3. Los e- pueden cambiar de estado de energía, (excitarse) para ocupar orbitales que antes dela formación del enlace estaban vacíos, con el fin de proporcionar suficientes e- no apareadosa cada átomo, que lleve a la máxima formación de enlaces: PROMOCION ELECTRÓNICA
C
5.3 Moléculas Poliatómicas: Orbitales Atómicos Híbridos
5.3 Moléculas Poliatómicas: Orbitales Atómicos Híbridos
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Se combinan orbitales atómicos de un mismo átomo para formar orbitales híbridosidénticos formando un ángulo a específico entre ellos.Los O.H. han de ser equivalentes y ortogonalesLa energía de un O.H. es la media aritmética de la de los orbitales mezclados.
De Orbitales Atómicos Puros (O.A) a Orbitales Atómicos Híbridos (O.H)
Orbitales Atómicos Puros (O.A) Mezcla Orbitales Atómicos Híbridos (O.H.)
O. H = Combinación de 2 OA = 2 OH sp; Combinación de 3 OA: 3 OH sp2; etc…4 OA: 4 OH sp3
x
y
!
CONSTRUCCIÓN DE ORBITALES HÍBRIDOS spn
[1] [2]
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Orbitales atómicos híbridos sp)(
21)(
zpssp i !!! +=
)(21)(
zpssp ii !!! "=
+
2 OH sp
180˚
2 OA s p OrientaciónMismo Átomo
sp sp 2p
¿?
2 OA s p s p2 OH sp
Be2s2
1s1
1s1
H
H
180˚
2p1s(H)
2sp(Be)
BeH2Enlaces !
2p(Be)
BeH2Orbitales 2p vacíos
Hibridación sp50 % s / 50 % p
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Electrones LOCALIZADOS
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Orbitales atómicos híbridos sp2
Hibridación sp2
33 % s / 66 % p
xpssp i !!!32
31)(2 +=
yx ppssp ii !!!!21
61
31)(2 +"=
yx ppssp iii !!!!21
61
31)(2 "+=
120˚
++
3 OH sp2Maximiza Espacio
Minimiza Repulsión
OrientaciónMismo Átomo
sp sp sp p
3 OA s p p3 OH sp2
B2s2
1s1
1s1
H
H
1s1H
pps
2p
1s(H)
2sp2(B)
BH3Enlaces !
2p(B)
BH3Orbital 2p vacío
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Electrones LOCALIZADOS
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Orbitales atómicos híbridos sp3
1s(H)
2sp3(C)
CH4Enlaces !
1s(H)2sp3(N)
NH3Enlaces !
CH4
1s
2s 2p
2sp3H
C
C
HibridaciónPromoción y Mezcla
Hibridación4
HIBRIDACIÓNindependiente dePARES SOLITARIOSEj: H2O
Hibridación sp3
25 % s / 75 % p
NH3
1s
2s 2p
2sp3H
C
C
Hibridación
3
N
N
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad )(21)(3
zyx pppssp i !!!!! +++=
)(21)(3
zyx pppssp ii !!!!! ""+=
)(21)(3
zyx pppssp iii !!!!! "+"=
)(21)(3
zyx pppssp vi !!!!! +""=
+
4 OH sp3
109.5º
+ +
4 OA(s, p, p, p)
4 OH(sp3)
HIBRIDACIÓN pero NO Promoción
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Orbitales atómicos híbridos spd: sp3d
PCl5 La combinación lineal de orbitales intervienen OA s, p y dResultado: 5 OH dirigidos hacia los vértices de una BIPIRAMIDE TRIGONAL
5 OH = sp3d = sp2 + pd; No son todos equivalentes
5 OH
5
5 OA s p
P3s2
3s2
Cl
pp d
3p3 3dx 5
3s 3p3 3d
sp3d sp3d sp3d sp3d sp3d 4d3p5
Hibridación sp3d20 % s / 60 % p / 20 % d
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Orbitales atómicos híbridos sp3d2
SF6 La combinación lineal de orbitales intervienen OA s, p y dResultado: 6 OH dirigidos hacia los vértices de una OCTAEDRO6 OH = sp3d2 Son todos equivalentes
6 OA s p
S3s2
2s2
F
pp d
3p4 3dx 6
3s 3p3 3d2
sp3d2 sp3d2 3d
d
sp3d2sp3d2 sp3d2sp3d2
6 sp3d2
2p5
6
Hibridación sp3d2
16.3 % s / 50 % p / 32.6 % d
6 OH
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Relación entre el carácter s de un OH y ángulo de enlace
Hibridación sp50 % s / 50 % pHibridación sp2
33 % s / 66 % p
Hibridación sp3
25 % s / 75 % p
Correlación entre elcarácter s y el ánguloque forman los OH.
A menor carácter s,menor es el ángulo deenlace
sp3d2 ángulos de 90 º
Relación entre carácters y el ángulo entreorbitales atómicoshíbridos
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
CH4
PCl5
BH3
BeCl2
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Hibridación en moléculas con enlaces múltiples
C2H6
H3C-CH3Enlaces !
2sp3(C)
1s(H)
2sp3(C)
1s(H)
1s(H)
1s(H)1s(H)
1s(H)
CH4 1s(H)
CH4Enlaces !
2sp3(C)
1s(H)
1s(H)
1s(H)
x2
x2
C2H4
1s
2p
2s 2p
2sp2H
C
C
HibridaciónPromoción y Mezcla
Combinan con 2 H y un C (sp2)5 enlaces σ C-C y 4 C-H
1s(H)
2sp2(C)
C2H4Enlaces !
2px(C)
C2H2Enlaces !
1 enlace π C-CSolapamiento Lateral
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Hibridación en moléculas con enlaces múltiples
C2H2 x2
Cada Carbonocombina con 1 H y un C (sp)3 enlaces σ, 1 C-C y 2 C-H
x2
1s
2p
2s 2p
2p2sp
H
C
C
HibridaciónPromoción y Mezcla
2 enlaces π por combinaciónde orbitales p puros(solapamiento lateral)
2px(C)
C2H2Enlaces !
2py(C)1s(H) 2sp(C)
C2H2Enlaces !
GEOMETRÍA LINEAL
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Hibridación en IONES
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Predicción de la hibridación (TEV)
•Escribir una estructura de Lewis válida de la molécula a resolver•Predecir su geometría electrónica a partir de RPECV•Predecir la hibridación del átomo central (o centrales) en base a la geometría electrónica
SF6; XeF4sp3d2OctaédricaPCl5; SF4; ClF2sp3dBipirámide TriangularCH4; H2O; H2O2sp3TetraédricaBF3; C2H4; NF2
+sp2TriangularBeCl2; C2H2spLineal
EjemplosHibridaciónGeometríaElectrónica
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad
Tema 5 : TEORÍA DE ENLACE VALENCIA
Predicción de la reactividad de compuestos sencillos en base a la relaciónELECTRONEGATIVIDAD-HIBRIDACIÓN
Ener
gía
2p
2s
Energía de orbitalespuros
4 sp3
Aumenta carácter s del OH
2,48 2,75 3,29
Aumenta reactividad enlace C-H
Orden ascendente de electronegatividad del átomo de carbonoElectronegatividad de Mulliken
Regla de Bent: “Átomos periféricos más electronegativos tienden a solapar con orbitaleshíbridos con menor carácter s”
Ej: PClxF5-x átomos de Flour-Axial (menor carácter s) Cl PCl
Cl
F
F
H3C CH3
2sp2
2sp
2p 2p
H2C CH2 HC CH
Ener
gía
5.4 Hibridación, RPECV y Electronegatividad