Estructura y Propiedades de Las Moleculas

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propiedades y estructura de las moléculas entre mas conceptos de química organica

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  • Estructura y propiedades de las molculas orgnicas

  • Representacin de un orbital molecular enlazante.

  • Formacin de un OM enlazante . Cuando los orbitales 1s de dos tomos de hidrgeno se superponen en fase, interaccionan constructivamente para formar un OM enlazante. La densidad electrnica en la regin de enlace (internuclear) aumenta. El resultado es un enlace de simetra cilndrica, o enlace sigma.

  • Formacin de un OM antienlazante *. Cuando dos orbitales desfasados 1s se solapan, interaccionan destructivamente, formando un OM antienlazante. Los valores positivo y negativo de las funciones de onda tienden a anularse en la regin internuclear y un nodo separa el ncleo. Se utilizar un (*) para designar orbitales antienlazantes, tal como el orbital antienlazante, *.

  • Orbitales moleculares de hidrgeno. Cuando los orbitales 1s de dos tomos de hidrgeno se solapan, se forma un OM enlazante sigma y un OM antienlazante sigma. Dos electrones (representados por flechas) ocupan el OM enlazante con espines opuestos, formando una molcula de H2 estable.

  • Formacin de un OM enlazante * a partir de orbitales p. Cuando dos orbitales p se solapan a lo largo de la lnea entre los ncleos, se forma un orbital molecular antienlazante. Una vez ms, la mayora de la densidad electrnica se concentra a lo largo de la lnea internuclear. El solapamiento constructivo de dos orbitales p a lo largo de la lnea que une los ncleos forma un enlace representado de la manera siguiente:Dos orbitales p se solaparn para formar dos orbitales moleculares; un OM enlazante (mostrado) y un OM antienlazante (no mostrado). El OM enlazante sigma tiene su regin electrnica entre los dos ncleos.

  • Formacin de orbitales moleculares pi. El solapamiento frontal de dos orbitales p da lugar a un OM enlazante pi y a un OM antienlazante pi. Un enlace pi no es tan fuerte como los enlaces sigma

  • Orbitales moleculares de un enlace doble. El segundo enlace de un enlace doble es un enlace pi. El enlace pi tiene su densidad electrnica centrada en dos lbulos, por encima y por debajo del enlace sigma. Juntos, los dos lbulos del orbital molecular enlazante pi constituyen un enlace .

  • Estructuras del metano, el etileno y el acetileno. Los ngulos entre los orbitales p son todos de 90, pero pocos compuestos orgnicos tienen ngulos de enlace de 90. Sus ngulos de enlace normalmente estn prximos a 109, 120 o 180.El ngulo de enlace de los orbitales hbridos sp3 es 109.5; el ngulo de enlace para los orbitales hbridos sp2 est alrededor de 120; el ngulo de enlace para los orbitales hbridos sp es de 180.

  • Orbitales hbridos sp. La adicin de un orbital s a un orbital p da lugar a un orbital atmico hbrido sp, con la mayora de la densidad electrnica a un lado del ncleo. La adicin al orbital s del orbital p, de fase opuesta a la del orbital p anterior, da lugar a otro orbital atmico hbrido sp, con la mayor parte de su densidad electrnica en el lado opuesto del ncleo en el que se sita el primer hbrido.

  • Orbitales hbridos sp2. La hibridacin de un orbital s con dos orbitales p da un conjunto de tres orbitales hbridos sp2. Los ngulos de enlace asociados a esta disposicin trigonal son aproximadamente de 120. El orbital p que sobra es perpendicular al plano que forman los tres orbitales hbridos.

  • Orbitales hbridos sp3. La hibridacin de un orbital s con los tres orbitales p da lugar a cuatro orbitales hbridos sp3 con geometra tetradrica y ngulos de enlace de 109.5.Cada orbital hbrido sp3 se orienta hacia las esquinas del tetraedro en un ngulo de 109.5 uno respecto al otro

  • Representaciones del metano. El metano tiene geometra tetradrica, al usar cuatro orbitales hbridos sp3 para formar enlaces sigma con los cuatro tomos de hidrgeno

  • Representacin de estructuras tridimensionales. La estructura tridimensional del etano, C2H6, tiene la forma de dos tetraedros unidos. Cada tomo de carbono tiene hibridacin sp3, con cuatro enlaces sigma formados por los cuatro orbitales hbridos sp3. Los trazos de rayas paralelas representan enlaces que se alejan del observador, los enlaces representados por cuas se orientan hacia el observador y las otras lneas de enlace, rectas, estn en el plano de la pgina. Todos los ngulos de enlace tienen un valor prximo a 109.5.

  • Enlace del etileno. Los tomos de carbono del acetileno tienen hibridacin sp, con ngulos de enlace lineales (180). El triple enlace contiene un enlace sigma y dos enlaces pi perpendicularesEl etileno tiene tres enlaces sigma formados por sus orbitales hbridos sp2 en una geometra trigonal. El orbital p sin hibridar de un tomo de carbono es perpendicular a sus orbitales hbridos sp2 y es paralelo al orbital p sin hibridar del segundo tomo de carbono. El solapamiento de estos dos orbitales p produce un enlace pi (enlace doble) que se encuentra situado por encima y por debajo del enlace sigma

  • Enlace del acetileno Los tomos de carbono en el etileno tienen hibridacin sp2, con ngulos de enlace trigonales de aproximadamente 120. El enlace triple contiene un enlace sigma y dos enlaces pi perpendiculares.El acetileno tiene dos enlaces sigma formados por su orbital hbrido sp en una geometra lineal. Los dos orbitales p sin hibridar de uno de los tomos de carbono son perpendiculares a su orbital hbrido sp y son paralelos a los orbitales p sin hibridar del segundo carbono. El solapamiento de estos cuatro orbitales p producir dos enlaces pi (enlace triple) que se encuentran situados por encima y por debajo del enlace sigma

  • Enlace del etano. El etano est formado por dos grupos metilo enlazados mediante el solapamiento de sus orbitales hbridos sp3. Estos grupos metilo pueden rotar uno respecto al otro.

  • Ismeros constitucionales. Si se pide representar una frmula estructural para el C4H10, cualquiera de las siguientes son correctas. De la misma forma, hay tres ismeros constitucionales del pentano (C5H12), que reciben los nombres de n-pentano, isopentano y neopentano. El nmero de ismeros aumenta rpidamente a medida que aumenta el nmero de tomos de carbono.

  • Ismeros geomtricos: cis y trans. Los estereoismeros son compuestos con los tomos unidos en el mismo orden, pero sus tomos tienen distintas orientaciones en el espacio. Cis y trans son ejemplos de estereoismeros geomtricos y se producen cuando hay un enlace doble en el compuesto. Dado que no hay rotacin libre a lo largo del enlace doble carbono-carbono, los grupos de estos carbonos pueden sealar distintos sitios en el espacio.

  • Momentos dipolares. Existen enlaces con polaridad muy variada. As, podemos encontrar desde enlaces covalentes no polares y enlaces covalentes polares, hasta enlaces totalmente inicos. En los ejemplos siguientes, el etano tiene un enlace covalente no polar C-C. La metilamina, el metanol y el clorometano tienen enlaces covalentes cada vez ms polares (C-N, C-O y C-Cl). El cloruro de metilamonio (CH3NH3+Cl-) tiene un enlace inico entre el in metilamonio y el in cloruro.La polaridad de un enlace aumenta a medida que la electronegatividad de uno de los tomos implicados en un enlace covalente aumenta. El momento dipolar del enlace es una medida de la polaridad de un enlace.

  • Interaccin dipolo-dipolo. Las interacciones dipolo-dipolo son el resultado de la aproximacin de dos molculas polares. Si sus extremos positivo y negativo se acercan, la interaccin es atractiva. Si se acercan dos extremos negativos o dos extremos positivos, la interaccin es repulsiva. En un lquido o en un slido, las molculas estn orientadas de tal forma que el extremo positivo del dipolo se aproxima al extremo negativo del dipolo de una molcula vecina y la fuerza resultante es de atraccin.

  • Fuerzas de dispersin de London. Un momento dipolar temporal en una molcula puede inducir a un momento dipolar temporal en una molcula vecina. Una interaccin atractiva dipolo-dipolo puede durar slo una fraccin de segundo.Las fuerzas de dispersin de London se forman debido a la atraccin de dipolos temporales complementarios

  • Efecto de las ramificaciones en el punto de ebullicin. Se muestran los puntos de ebullicin de tres ismeros de frmula molecular C5H12. El ismero de cadena larga (n-pentano) es el que tiene mayor rea superficial y el punto de ebullicin ms alto. A medida que las ramificaciones de la cadena aumentan, las molculas se hacen ms esfricas y su rea superficial disminuye. El ismero que tiene ms ramificaciones (neopentano) tiene el rea superficial ms pequea y el punto de ebullicin ms bajo.Las reas de mayor superficie en la molcula son idneas para las fuerzas de dispersin de London. Las ramificaciones en una molcula reducirn su rea de superficie, disminuyendo la cantidad de fuerzas de dispersin de London. Los hidrocarburos tienden a tener puntos de ebullicin ms elevados que sus ismeros ramificados debido a este motivo.

  • Enlace de hidrgeno. El enlace de hidrgeno es una atraccin intermolecular fuerte entre un tomo de hidrgeno electroflico O-H o N-H, y un par de electrones no enlazantesEl enlace de hidrgeno es una interaccin intermolecular que se da en los compuestos con enlaces N-H y O-H. El fuerte enlace polar entre el hidrgeno y el heterotomo hace que el hidrgeno interaccione con los pares solitarios del heterotomo en las molculas vecinas. La presencia de enlace de hidrgeno aumentar el punto de ebullicin del compuesto porque se necesitar ms energa para romper esta interaccin y evaporar el compuesto. El enlace de hidrgeno O-H es ms fuerte que el enlace de hidrgeno N-H.

  • Soluto polar en disolvente polar (se disuelve). La hidratacin de los iones sodio y cloruro por molculas de agua vence la energa reticular del cloruro de sodio. La sal se disuelve.Las molculas de agua rodearn a los iones de sodio y cloruro disolvindolos de forma efectiva.

  • Soluto polar en disolvente no polar (no se disuelve). Las atracciones "intermoleculares" de las sustancias polares son ms fuertes que las atracciones ejercidas por molculas de disolventes no polares. Es decir, una sustancia polar no se disuelve en un disolvente no polar.El disolvente no puede interrumpir la interaccin intermolecular del soluto, por lo que el slido no se disolver en el disolvente.

  • Soluto no polar en disolvente no polar (se disuelve). Las atracciones intermoleculares dbiles de una sustancia no polar son vencidas por las atracciones dbiles ejercidas por un disolvente no polar. La sustancia no polar se disuelve.El disolvente puede interaccionar con las molculas del soluto, separndolas y rodendolas. Esto hace que el soluto se disuelva en el solvente

  • Soluto no polar en disolvente polar (no se disuelve) Para que una molcula no polar se disolviera en agua debera romper los enlaces de hidrgeno entre las molculas de agua, por lo tanto, las sustancias no polares no se disuelven en agua.El enlace de hidrgeno es una interaccin mucho ms fuerte que la interaccin entre un soluto no polar y el agua, por lo que es difcil que el soluto destruya las molculas de agua. Por tanto, un soluto no polar no se disolver en agua.

  • Prefijos y nmero de tomos de carbono. Los alcanos tienen el sufijo -ano y el nmero de tomos de carbono de la molcula viene especificado por un prefijo. Por ejemplo, el prefijo meth- representa un tomo de carbono, por lo que el metano es un alcano de slo un carbono de CH4.

  • Nombre de los grupos alquilo Los grupos alquilo se nombran como los alcanos de los que derivan, pero sustituyendo el sufijo -ano por -ilo.Los sustituyentes alquilo en un alcano se nombran usando los mismos prefijos para especificar el nmero de carbonos y aadiendo el sufijo -ilo para especificar que es una rama de un alcano principal.

  • Nombre de los alquenos. Los dobles enlaces carbono-carbono no pueden rotar y muchos alquenos muestran isomera geomtrica (cis-trans)Los alquenos tienen el sufijo -eno y el nmero de carbonos en la molcula est especificado por un prefijo. As pues, el etano es un alqueno con dos tomos de carbono. La posicin del doble enlace viene determinada por un nmero, mientras que la geometra del enlace doble viene dada utilizando cis- o trans- delante del nombre del alqueno.