Fundamentos de Química: Enlaces Metálicos, Geometría Molecular y Termodinámica

Propiedades de los Enlaces Metálicos

Las propiedades de los enlaces metálicos se deben a la atracción electrostática entre los cationes metálicos y la nube de electrones deslocalizados:

1. Tienen altos puntos de fusión y de ebullición, ya que existe una fuerte atracción entre los cationes y los electrones deslocalizados.
2. Todos son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (Hg).
3. Los metales son excelentes conductores del calor y de la electricidad, debido al movimiento de la nube-mar de electrones.
4. Todos tienen brillos característicos.
5. No son solubles en agua.
6. Son dúctiles (forman hilos) y son maleables (forman láminas).

Ciclo de Born-Haber y Cambios de Fase

Definiciones de Cambios de Fase

• Sublimación (S): Sólido a gas.
• Disociación (G): Gas a gas (ruptura molecular).
• Vaporización (Vap): Líquido a gas.

Ejemplos de Estados de la Materia a Temperatura Ambiente

• Líquidos: Hg, Br₂
• Gases: H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂
• Sólidos: I₂, y la mayoría de los elementos.

TRPECV: Geometría Molecular

Teoría de la Repulsión de los Pares de Electrones de la Capa de Valencia (TRPECV)

Esta teoría, a partir de 3 reglas, proporciona la información sobre la geometría de la molécula (forma real de la molécula en el espacio). La geometría de la molécula está determinada por el número de electrones (e⁻) que tenga el elemento central, sean o no sean de enlace.

Tipos de Geometría Molecular (Basado en TRPECV)

Geometría Lineal (Ángulo de enlace de 180º)

En la molécula AB₂ el átomo central tiene 2 pares de electrones, siendo todos ellos de enlace. Según la TRPECV, su geometría será lineal y formará un ángulo de enlace de 180º.

Geometría Triangular Plana (120º)

En la molécula AB₃, el átomo central tiene 3 pares de electrones de enlace. Su geometría será triangular plana y formará ángulos de 120º.

Geometría Tetraédrica (109,5º)

En la molécula AB₄, el átomo central tiene 4 pares de electrones de enlace. Su geometría será tetraédrica.

Geometría Piramidal Trigonal (107º)

En la molécula AB₃E, el átomo central tiene 4 pares de electrones, siendo 3 de enlace y uno de no enlace. Su geometría será piramidal trigonal.

Geometría Angular (104,5º)

En la molécula AB₂E₂, el átomo central tiene 4 pares de electrones, 2 de enlace y 2 de no enlace. Su geometría será angular.

Polaridad Molecular

Ejemplo (Molécula Apolar): BeCl₂

La molécula BeCl₂ es de tipo AB₂ y su geometría es lineal. Aunque los enlaces (Be–Cl) son polares, debido a la simetría de la molécula, la suma de todos los momentos dipolares será 0. Por lo que la molécula será apolar y no se disuelve en disolventes polares. (El caso contrario ocurre con moléculas polares, donde la suma de los momentos dipolares es distinta de cero).

Hibridación de Orbitales

Ejemplo: BF₃ (Hibridación sp²)

En el diagrama de Lewis, observamos que el átomo central (Boro) tiene 3 pares de electrones de enlace. Por lo que tomará 3 orbitales atómicos puros (1 orbital tipo s y 2 orbitales tipo p) para formar 3 orbitales híbridos de tipo sp².

Propiedades de las Sustancias Covalentes

• Son las que tienen menor punto de fusión y de ebullición, aunque pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos a temperatura ambiente.
• Ningún compuesto covalente conduce la electricidad, excepto el carbono en la forma de grafito.
• Para determinar si se disuelven en agua, es necesario estudiar su polaridad.

Conceptos de Termodinámica Química

Entropía (ΔS)

La entropía (ΔS) mide el desorden de un sistema (generalmente relacionado con los moles gaseosos):

• ΔS > 0 → Aumenta el desorden.
• ΔS < 0 → Disminuye el desorden.

Energía Libre de Gibbs (ΔG)

La Energía libre de Gibbs (ΔG) mide la espontaneidad de una reacción:

• ΔG < 0 → Reacción espontánea (reacción instantánea con un pequeño aporte de calor).
• ΔG = 0 → Equilibrio.
• ΔG > 0 → Reacción NO espontánea.

Relación entre Variables Termodinámicas

• Si ΔH < 0 → Reacción exotérmica.
• Si ΔH > 0 → Reacción endotérmica.
• Si ΔS > 0 → Aumenta el desorden.
• Si ΔS < 0 → Disminuye el desorden.