5 ) ESTRUCTURA
MOLECULAR
5.1) ENLACES MOLECULARES
Sistemas = sistemas de átomos
¿Cómo se ensamblan o unen los átomos?
 interacciones eléctricas
→E...
5.1) ENLACES MOLECULARES
i) ENLACES IÓNICOS
 Caracterizados por interacciones
eléctricas de iones atómicos.
 Molécula de...
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
→...
Son energéticamente más intensos que el
enlace ion – ion
Cl2 , O2, H2O ,CH4
iii) ENLACES DE VAN DER WALLS
Caracterizados por interacciones eléctricas
débiles entre dipolos
→ H20, HCl : Moléculas po...
Son enlaces energéticos débiles respecto
de los ION-ION
Las fuerzas de Van der Walls pueden ser:
→ p-p (permanente-perma...
→ p-p (permanente-inducido)
→ p-p (inducido-inducido)
iv) ENLACE DE H
Caracterizado por compartir protones
Presentes en macro-moléculas {moléculas
orgánicas}
Son de intensid...
v) ENLACE METALICO
→ Presente en sólidos metálicos
→ Las fuerzas de enlace entre los núcleos
positivos y el gas de electro...
5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS
MOLECULARES
Caracterizaremos energéticamente a los sistemas
moleculares. Esta caracterización se...
5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS
MOLECULARES
ESTADO MOLECULAR CARACTERIZADO
POR ENERGIA, Emol
molE E= elect E+ ...kT kR vibE E+ +...
i) Estados energéticos
rotacionales
Caso: Molécula diatómica
m1 m2
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x
y
3 grados de libertad
rotacional
X: Rot Y-Z
Y: R...
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Las transiciones posibles rotacionales se muestran en
el siguiente diagrama donde la regla de selección esta
dada por ∆J =...
Las transiciones de los estados rotacionales se ajusta a la regla
de selección j= +/- 1 la cual considera la conservación ...
ii) Energía vibracional
• Modelo
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m m
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Sistema µk {sistema m-k: MAS}
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iii) Espectros moleculares
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mol jb
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• Diagramas de nivel de energía:
( )
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J
ν
ν
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∆ ≡ +
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2
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I
8.00 8.20 8.40 8.60 8.80 9.00 9.20 x 1013
Hz
Frecuencia
I
5.3) ENLACES EN SÓLIDOS
• Tipos de Enlaces:
→ Enlace Iónico (NaCl)
→ E covalente (diamante)
→ E Metálico (metales): Iónico...
i) Sólidos Iónicos: NaCl
• Interacción Coulombiana
• Na+
tiene 6 iones Cl-
vecinos mas cercanos
• Cl-
tiene 6 iones Na+
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• Propiedades Generales:
→ Duros y estables
→ Pobres conductores de I y Q
→ Transparentes en la zona visible
→ Absorbentes...
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  1. 1. 5 ) ESTRUCTURA MOLECULAR
  2. 2. 5.1) ENLACES MOLECULARES Sistemas = sistemas de átomos ¿Cómo se ensamblan o unen los átomos?  interacciones eléctricas →Enlaces + -
  3. 3. 5.1) ENLACES MOLECULARES i) ENLACES IÓNICOS  Caracterizados por interacciones eléctricas de iones atómicos.  Molécula de Cloruro de sodio →NaCl= Na + Cl + -
  4. 4. 5.1) ENLACES MOLECULARES → Enlace medianamente intenso NaCl  Na+ Cl( orden de eV) + -
  5. 5. 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
  6. 6. Son energéticamente más intensos que el enlace ion – ion Cl2 , O2, H2O ,CH4
  7. 7. iii) ENLACES DE VAN DER WALLS Caracterizados por interacciones eléctricas débiles entre dipolos → H20, HCl : Moléculas polares permanentes, por ejemplo,
  8. 8. Son enlaces energéticos débiles respecto de los ION-ION Las fuerzas de Van der Walls pueden ser: → p-p (permanente-permanente)
  9. 9. → p-p (permanente-inducido) → p-p (inducido-inducido)
  10. 10. iv) ENLACE DE H Caracterizado por compartir protones Presentes en macro-moléculas {moléculas orgánicas} Son de intensidad energética baja (– 0.1 eV)
  11. 11. v) ENLACE METALICO → Presente en sólidos metálicos → Las fuerzas de enlace entre los núcleos positivos y el gas de electrones.
  12. 12. 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 √
  13. 13. 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
  14. 14. i) Estados energéticos rotacionales Caso: Molécula diatómica m1 m2 r z x y 3 grados de libertad rotacional X: Rot Y-Z Y: Rot Y Z: Rot X-Y
  15. 15. 2 , 2 2 1 2 1 2 ( 1) , 0,1 R 1 , 2 ( 1) , : ,2 e ,... 2 K R kR m m E Iw I r m m L Iw L J J J numerocuant J icorota emplaz cion J and I a E o l J µ µ + = = ¬ = + = + = = = h h m1 z m2 CM µ z 0 r r ≡
  16. 16. Las transiciones posibles rotacionales se muestran en el siguiente diagrama donde la regla de selección esta dada por ∆J = +/- 1, EKRiJ 3 2 3 6 KRE I = h 2 2 3 KRE I = h 2 1KRE I = h 0 0KRE = γ γ 2 1 0
  17. 17. Las transiciones de los estados rotacionales se ajusta a la regla de 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 h E E E f Ei kE k I γ π ∆ = − = = = Caso: CO r C O M1 mc M2 mo mc y mo= ok u:uma u: 1,6 *10(-27) →r:0,113 nm
  18. 18. ii) Energía vibracional • Modelo 1 2 1 2 m m m m µ = + m1 m2 k k Sistema µk {sistema m-k: MAS} 2 1 2 1 2 : # 1 ( ) 2 ; 0,1,2 .. 2 , . vib oscmascuantico vib k w T E E h v v cuan h k E v tico vibracional v π υ π π µ µ υ = → =   = = +  = +   =
  19. 19. Regla de selección: ∆ν=+/-1 Evibν 3 2 1 0 0 2 k E µ = h γ γ 1 03E E= 2 05E E= 3 07E E= E12 = E12 : Absorción E32 = E32 : Emisión 121212 EEEE −=∆=γ 344343 EEEE −=∆=γ E IRγ → A Ts ordinarias: Ev = Ev,v=0 (∆E>>kBT)
  20. 20. 0 : ( ) 2 : ( informaciondiversa) ij E E E h h k E eV E aE a Enlaces k γ γ γ υ υ υ µ → = → = = ∆ = = h 1860 / 480 / CO HCl k N m k N m ≡ ≡
  21. 21. 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 k E v I υ υ µ = + = + = + + h h Asumiendo grados de libertad independientes,
  22. 22. • Diagramas de nivel de energía: ( ) 2 1 , 1, 0,1,2, ; I 1; :inicial E h J J J J ν ν ∆ ≡ + + ∆ ≡ + ≡ ∆ ≡ + h K 2 ; 1, 1,2, ; 1; :inicial E h J J J I J ν ν ∆ ≡ − ∆ ≡ − ≡ ∆ ≡ + h K • Especto del HCl: doblete; concordancia con el modelo
  23. 23. I 8.00 8.20 8.40 8.60 8.80 9.00 9.20 x 1013 Hz Frecuencia I
  24. 24. 5.3) ENLACES EN SÓLIDOS • Tipos de Enlaces: → Enlace Iónico (NaCl) → E covalente (diamante) → E Metálico (metales): Iónico-covalente
  25. 25. 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+ + − + − → ≡ −− −
  26. 26. , 2 : 1 : 2 12 /( 2 ) 2 : ;p elect e Na E Na Na repulsi r Na Na r k e r vo + ++ + + − ≡ + −→ % : →M 2 , , , :cte de Madelung (estructura del cristal) / , 1,7476 p elect atractiva a s N re e Cl E k e r α α α α α ≡ −→ → ≡ → ≡
  27. 27. , 22 1 pot total n m ee total m A B E r r A k ek e B U r r n αα ≡ − +  ≡ → ≡ − +  ≡ La energía potencial total se puede modelar de esta forma,
  28. 28. UT r U0
  29. 29. 0 0( ), : mínimo (separación de equilibrio, )totalGrafica U r U r r→ ≡ 2 0 0 1 1e e U k r m α   → ≡ − − ÷   0 :U solido iones aislados→ → • U0 Energía cohesiva Iónica del sólido 0, 7,84 /NaclU eV Na Cl+ − → ≡ − −
  30. 30. E NaCl Na Cl+ → + 1 1, 7,84E NaCl Na Cl E+ + − → + ≡ 2 2, 5,14 3,61E Na Cl Na Cl E−+ − + → + ≡ − + • Energía cohesiva Atómica: 5,14Na Na eV+ → + 3,61Cl eV Cl− + → E=?
  31. 31. 7,84 5,14 3,61 6,31E ≡ + − + ≡ +% : 6,31E Na Cl NaCl E− ∴ + → ≡ − % % E=6,31
  32. 32. • 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

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