Compuestos Químicos y Termodinámica: Enlaces, Propiedades y Energía

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Enlace Iónico

Es la unión de dos elementos de muy distinta electronegatividad, los cuales se forman mediante cesión y captación de electrones, formando estructuras estables y ordenadas llamadas redes o cristales iónicos. (Metal + No Metal)

Conclusiones del Enlace Iónico

Siempre se desprende energía cuando se forman, esta formación es estable y energéticamente favorable. Los pasos del estudio energético se representan en el Ciclo de Born-Haber.

Energía Reticular

Es la liberación de muchísima energía al formarse el compuesto. Un aumento en la energía reticular (↑ U) implica un aumento en la fuerza de enlace. Esta depende directamente de la carga de los iones, e inversamente al tamaño de los mismos (distancia de separación entre las cargas) y la distribución espacial de los iones. Estos valores se pueden aproximar mediante la ley de Coulomb (↑ q = ↑ U → ↑ F. de enlace), (↓ r = ↑ U → ↑ F. de enlace). Criterios: la menor fuerza de enlace, las diferencias entre cargas y el radio.

Propiedades de los Compuestos Iónicos

Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente. Presentan elevados puntos de fusión y de ebullición. Son compuestos de alta dureza, pero muy frágiles. Son muy solubles en agua y en disolventes polares. No conducen ni el calor ni la electricidad en estado sólido, pero sí si son líquidos disueltos en agua (2ª especie).

Enlace Covalente o Molecular

Es la unión de varios elementos de electronegatividad (EN) muy negativas y altas, en el que se comparten pares de electrones (1 par = sencillos, 2 pares = dobles, 3 pares = triples), hasta alcanzar una mayor estabilidad por solapamiento de nubes electrónicas. El Hidrógeno (H) + No Metales siempre da enlace covalente. Estructuras de Lewis.

Teoría de las Hibridaciones

En muchas ocasiones los orbitales de los átomos sufren una transformación, convirtiéndose en unos nuevos orbitales híbridos los cuales surgen por el salto o promoción de un electrón que estaba apareado hasta un orbital vacío disponible, consiguiendo desaparear más electrones. Aparecen 3 tipos de hibridaciones: SP3 (tetraédrica), SP2 (triangular plana 120º), SP (lineal 180º). Los orbitales pi que se forman en los dobles y triples enlaces se restan al tipo de hibridación.

Polaridad del Enlace Covalente

Es la presencia de cargas negativas, distribuidas asimétricamente alrededor de la molécula. Enlace apolar = átomos implicados iguales. Enlace polar = átomos implicados diferentes y el par de electrones compartido no es simétrico.

Polaridad en una Molécula

Analizar si un compuesto formado por enlace covalente es polar o apolar (Dos casos):

  • Molécula biatómica: Polaridad coincide con la polaridad del enlace.
  • Molécula poliatómica: Se representa cada enlace con un vector (momento dipolar, μ), que indica la fuerza con la que el átomo tira de los electrones del enlace. Si la suma total de todos los vectores es = 0, molécula apolar, sino será polar.

Clasificación de los Enlaces Covalentes

Enlaces covalentes habituales (pueden ser polares o apolares). Enlaces covalentes dativos o coordinados (los dos electrones que se comparten para formar el enlace son aportados por un solo elemento).

Resonancia

Propiedad que presentan aquellos compuestos moleculares en los que un átomo está unido a la vez por enlaces sencillos y múltiples a otro átomo dado.

Propiedades de los Compuestos Covalentes

Son moléculas aisladas que no forman redes. Su estado físico en condiciones normales (CN) puede ser gas (si tiene fuerzas de Van der Waals) o líquido (si tiene puentes de hidrógeno). No son buenos conductores. Su solubilidad depende de si son polares (solubles) o si son apolares (poco solubles). Tienen bajas fuerzas intermoleculares (↓ punto de fusión y de ebullición y poca dureza).

Catalizadores

Sustancias que alteran la velocidad de reacción (Vr), actúan en cantidades muy pequeñas, y no experimentan cambios químicos permanentes, ya que se recuperan después de la reacción. Alteran el mecanismo de la reacción ya que alteran el complejo activado y cambian la energía de activación necesaria para llegar al mismo. Los catalizadores actúan sobre la energía de activación (Ea). Pueden ser positivos o negativos; heterogéneos u homogéneos. Catalizadores de contacto: Sólidos e intervienen en reacciones gaseosas o líquidas, en cuya superficie son absorbidos por los reactivos. También están los venenos y biológicamente los enzimas.

Tipos de Cristales

C. Atómicos - C. Iónicos - C. Metálicos - C. Moleculares (P. hidrógeno)

Enlace Covalente Atómico

Es un enlace particular del enlace covalente en el que se comparten electrones formando redes no metálicas de átomos con enlaces muy fuertes.

Propiedades del Enlace Covalente Atómico

Son sólidos cristalinos de elevada ordenación y geometría rectangular. Sus fuerzas de enlace son intensísimas. Son insolubles. No conducen ni el calor ni la corriente eléctrica.

Enlace Metálico

Es la unión de átomos metálicos, compartiendo electrones que se deslocalizan envolviendo una red laminar ordenada de átomos llamada red metálica.

Causas de la Deslocalización

Los átomos metálicos tienen bajos potenciales de ionización. Tienen muchos orbitales vacíos (d, f). Se produce el solapamiento de los orbitales.

Propiedades del Enlace Metálico

: CN son sólidos laminares. Durezas variables, brillo metálico. Son insolubles. Conductores de 1ª especie (+ tª peor conducen). Atacados por los ácidos. Sus fuerzas de enlace son variables, aumentado hacia la →.

Fuerzas intermoleculares: Fuerzas de enlace débiles que mantienen enlazadas las moléculas y también mantienen su estructura final. Pueden serpuentes de Hidrógeno: Dentro de las débiles son las de mayor intensidad (CN líquidos) Se produce con H + Elemento de ↑ EN (F, N, O). Fuerzas de Van der Waals: Son enlaces de baja intensidad que aparecen cuando no actúan los puentes de hidrógeno. Pueden ser: Dipolo - Dipolo: Se da en moléculas polares, son las más débiles, se genera un dipolo eléctrico que une las moléculas (gas). F. Dipolo - Inducido o de London: Son las uniones más débiles de todas. En CN gas. En moléculas apolares. Genera pequeños dipolos instantáneos que unen las moléculas.

Termoquímica: Parte de la química que estudia los intercambios energéticos que se producen en los procesos químicos y sus aplicaciones. Unidades de energía KJ/ mol

Sistema: Es cualquier lugar del universo sometida a un estudio energético o de otro tipo (reacción química)

Entorno: Es el resto del universo que rodea al sistema. Clasificación de los sistemas atendiendo a su interacción con el entorno. Abierto (materia y energía).  Cerrado (energía). Aislado (ninguna de las dos)   Atendiendo a su estado físico: Homogéneos (mismo estado de los componentes). Heterogéneo

Variables de estado: Son todas aquellas magnitudes que pueden modificarse y afectar a la energía o al estado de un sistema. Intensivas (no dependen de la materia implicada). Extensivas (Si dependen de la materia implicada).

Funciones de estado: Son aquellas magnitudes habituales que estudian un sistema y cuyo valor, sólo depende del estado inicial y final del sistema, y no de los pasos intermedios.

Calor: Es una forma de intercambio de energía por la que se modifica la tª de un sistema, la cual, mide la energía cinética de las moléculas de un sistema.

Trabajo: Es una forma de transferencia de energía que implica la aparición de una fuerza y la realización de un desplazamiento. El trabajo sólo aparece en reacciones química entre gases.

1er ppio. de la termodinámica: La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Si comunicamos energía en forma de calor a un proceso químico, esta energía, produce un aumento de la energía interna del sistema y de la realización de un trabajo (si hay gases) del sistema.

Energía interna: Es la suma de todas las posibles formas de enegía de las moléculasque intervienen en un proceso químico.  ΔU = Q - W,  Δ

n U = Q - (P . S) * Variación R,  Variación U = Q - P * Variación V,  Variación V = Q - Variación n * R *T

Entalpía: Es el calor de una reacción quimica medida a presión constante. ΔH r = ∑ n * Δ H f reactivos

Energía de activación: Salto energético que debe darse en las moléculas de los reactivos para alcanzar un estado inestable de máxima energía llamado estado de transición tras el cual la reacción transcurre.↑ Ea =  ↓ V reacción

 Δ U = Q - P ΔV = Q - n R Tª =  Q + W;   Δ H = Qp.        V= cte ΔU = Qv.       ΔS = Q / T   ΔG = ΔH = - TΔS

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