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5 ) ESTRUCTURA MOLECULAR
5.1) ENLACES MOLECULARES
Sistemas = sistemas de átomos
¿Cómo se ensamblan o unen los átomos?
interacciones eléctricas
Enlaces
+ -
5.1) ENLACES MOLECULARES
i) ENLACES IÓNICOS
Caracterizados por interacciones eléctricas de iones atómicos.
Molécula de Cloruro de sodioNaCl= Na + Cl
+ -
5.1) ENLACES MOLECULARES
Enlace medianamente intenso
NaCl Na+ Cl( orden de eV)
+ -
ii) ENLACES COVALENTES
Caracterizados por fuerzas eléctricas más intensas debido al acople {apareamiento} de electrones
Compartición de electrones
Caso más típico es el H2
H2 = H – H
Son energéticamente más intensos que el enlace ion – ion
Cl2 , O2, H2O ,CH4
iii) ENLACES DE VAN DER WALLSCaracterizados por interacciones eléctricas
débiles entre dipolos
H20, HCl : Moléculas polares permanentes, por ejemplo,
Son enlaces energéticos débiles respecto de los ION-ION
Las fuerzas de Van der Walls pueden ser:
p-p (permanente-permanente)
p-p (permanente-inducido)
p-p (inducido-inducido)
iv) ENLACE DE H
Caracterizado por compartir protones
Presentes en macro-moléculas {moléculas orgánicas}
Son de intensidad energética baja (– 0.1 eV)
v) ENLACE METALICO
Presente en sólidos metálicos
Las fuerzas de enlace entre los núcleos positivos y el gas de electrones.
5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS MOLECULARES
Caracterizaremos energéticamente a los sistemas moleculares. Esta caracterización se efectuará considerando básicamente energías rotacionales y vibracionales,
Molécula CM
Energía eléctrica : e-e , e-p
Energía de traslación: CM
Energía cinética de rotación
Energía de vibración
5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS MOLECULARES
ESTADO MOLECULAR CARACTERIZADO POR ENERGIA, Emol
molE E elect E ...kT kR vibE E
Compleja , problema de muchos cuerpos
No da mucha información “estructural” de la molécula
i) Estados energéticos rotacionalesCaso: Molécula diatómica
m1 m2
r
z
xy
3 grados de libertad rotacional
X: Rot Y-Z
Y: Rot Y
Z: Rot X-Y
2
,
2 2 1 2
1 2
( 1), 0,1
R
1,
2
( 1) , :
,2
e
,...2K R
kR
mmE Iw I r
m m
L Iw
L J J J numerocuant
J
icorota
emplaz
cion
J
and
I
a
E
o
l
J
m1
z
m2CM
z
0r r
Las transiciones posibles rotacionales se muestran en el siguiente diagrama donde la regla de selección esta dada por J = +/- 1,
EKRiJ
3
2
3
6KRE
I
2
2
3KRE
I
2
1KREI
0 0KRE
2
10
Las transiciones de los estados rotacionales se ajusta a la reglaDe selección j= + 1 la cual considera la conservación del L
del sistema molécula – fotón.
La transiciones rotacionales conducen a espectros de emisión-absorción fotónica en la franja de microondas hasta IR lejano.
Teoría física modelo experimentos:
1 (2 )ij j i
hE E E f Ei kE k
I
Caso: CO
rC O
M1
mc
M2
mo
mc y mo= ok
u:uma
u: 1,6 *10(-27)
r:0,113 nm
ii) Energía vibracional
• Modelo1 2
1 2
mm
m m
m1 m2
k k
Sistema k {sistema m-k: MAS}
2 1
2
1
2
: #
1( )
2
; 0,1,2 ..
2
, .
vib oscmascuantico
vib
kw
T
E E h v
v cuan
h kE v
tico vibracional v
Regla de selección: =+/-1
Evib
3
2
1
0
0 2
kE
1 03E E2 05E E
3 07E E
E12 = E12 : Absorción
E32 = E32 : Emisión
121212 EEEE
344343 EEEE E IR
A Ts ordinarias: Ev = Ev,v=0 (E>>kBT)
0
:
( )2
: ( informacion diversa)
ij
EE E h
h
kE eV E aE a
Enlaces k
1860 /
480 /
CO
HCl
k N m
k N m
iii) Espectros moleculares
, ,
2
, ,
( ( 1) 1( )
2 2
rot vib
rot vi
mol kr vib
mol jb
j
E E E
E E
J J kE v
I
Asumiendo grados de libertad independientes,
• Diagramas de nivel de energía:
2
1 , 1, 0,1,2, ;I
1; : inicial
E h J J J
J
2
; 1, 1,2, ;
1; : inicial
E h J J JI
J
• Especto del HCl: doblete; concordancia con el modelo
I
8.00 8.20 8.40 8.60 8.80 9.00 9.20 x 10 13 Hz Frecuencia
I
5.3) ENLACES EN SÓLIDOS
• Tipos de Enlaces:
Enlace Iónico (NaCl)
E covalente (diamante)
E Metálico (metales): Iónico-covalente
i) Sólidos Iónicos: NaCl
• Interacción Coulombiana
• Na+ tiene 6 iones Cl- vecinos mas cercanos
• Cl- tiene 6 iones Na+ vecinos mas cercanos
2,: ;6 6 / : :ep electNa E Na Cl atrak e r r N cta ivCl a
,
2
: 1 : 2
12 /( 2 )
2 : ;p elect
e
Na E Na Na repulsi r Na Na r
k e r
vo
2, , , : cte de Madelung
(estructura del cristal)
/ ,
1,7476
p elect atractiva
a
s
N
re e
Cl
E k e r
,
22
1
pot total n m
eetotal m
A BE
r r
A k ek e BU
r r n
La energía potencial total se puede modelar de esta forma,
0 0( ), : mínimo (separación de equilibrio, )totalGraficaU r U r r
2
00
11e
eU k
r m
0 :U solido iones aislados
• U0 Energía cohesiva Iónica del sólido
0, 7,84 /NaclU eV Na Cl
ENaCl Na Cl
11, 7,84ENaCl Na Cl E
22, 5,14 3,61ENa Cl Na Cl E
• Energía cohesiva Atómica:
5,14Na Na eV
3,61Cl eV Cl
E=?
7,84 5,14 3,61 6,31E
: 6,31ENa Cl NaCl E
E=6,31
• Propiedades Generales:
Duros y estables
Pobres conductores de I y Q
Transparentes en la zona visible
Absorbentes en zonas IR medio y lejano
Solubles en líquidos polares: H2O
