Este documento trata sobre la estructura electrónica y el enlace químico. Explica la estructura del átomo, los diferentes tipos de enlaces químicos como iónico y covalente, la electronegatividad y polaridad del enlace, los orbitales atómicos y moleculares, la hibridación y el momento dipolar molecular. El carbono juega un papel fundamental en la química orgánica debido a su capacidad única de formar enlaces covalentes compartiendo electrones con otros átomos.

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Estructura Electrónica
y
Enlace Químico

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INTRODUCCIÓN
LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
EL ENLACE QUÍMICO
ELECTRONEGATIVIDAD y POLARIDAD DE ENLACE
ORBITALES y ENLACE QUÍMICO
MOMENTO DIPOLAR DE ENLACE
HIBRIDACIÓN
MOMENTO DIPOLAR MOLECULAR

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• El carbono, ubicado en el centro del segundo período de la
tabla periódica, no tiene tendencia ni a ceder ni a aceptar
electrones: el carbono prefiere compartir electrones.
• Consecuentemente, el carbono forma enlaces con otros
carbonos y otros átomos compartiendo electrones.
• La capacidad de enlazarse de esta manera convierte al
carbono en la materia prima de todos los organismos vivos.
¿Por Qué el Carbono?
el segundo período de la tabla
periódica

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LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
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La Estructura del Átomo
Un átomo consiste de un
núcleo de carga positiva
rodeado de electrones de
carga negativa. El núcleo
contiene protones positiva-
mente cargados y neutrones
sin carga.

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La Estructura del Átomo
• Un átomo consiste de un núcleo de carga positiva rodeado
de electrones de carga negativa. El núcleo contiene
protones positivamente cargados y neutrones sin carga.
• Los electrones forman los enlaces químicos.
• Número atómico:
• Número de masa:
• Los isótopos tienen el mismo número atómico pero distinto
número de masa.
• Masa atómica:
• Masa molecular:
promedio ponderado de la masa de sus átomos.
suma de los pesos atómicos de todos los
átomos de la molécula.
número de protones en el núcleo.
suma de los protones y neutrones del átomo.

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Distribución de los Electrones en el Átomo
• La mecánica cuántica usa las mismas ecuaciones matemáticas
que describen el movimiento ondulatorio para caracterizar el
movimiento del electrón alrededor del núcleo.
• Las funciones de onda u orbitales nos indican la energía del
electrón y el volumen de espacio en torno al núcleo donde es
más probable encontrarlo.
• El orbital atómico más cercano al núcleo tendrá menor energía.
• Los orbitales degenerados tienen la misma energía.

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La configuración electrónica de un átomo en estado fundamental
describe los orbitales de menor energía ocupados por sus electrones.

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El principio Aufbau:
un electrón tenderá a ocupar el orbital disponible de
menor energía.
El principio de exclusión de Pauli:
un orbital atómico puede alojar un máximo de dos
electrones los cuales deben tener espines opuestos.
La regla de Hund:
cuando se llenen orbitales degenerados, el electrón
ocupará un orbital vacío antes de aparearse con otro
electrón.
Los electrones van ocupando los orbitales de
acuerdo a los siguientes principios:

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EL
ENLACE
QUÍMICO
Enlace Iónico
Enlace Covalente
EL ENLACE QUÍMICO

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Teoría de Lewis:
un átomo cederá, aceptará o compartirá electrones para conseguir
una capa externa llena o que contenga ocho electrones.
Enlace
Iónico

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Los enlaces iónicos se forman por
transferencia de electrones
A las fuerzas de atracción entre cargas opuestas se les llama
atracciones electrostáticas.

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Los enlaces covalentes se forman
compartiendo electrones.
Enlace
Covalente

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ELECTRONEGATIVIDAD
Y
POLARIDAD DE ENLACE

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La electronegatividad es una medida de la capacidad
de un átomo de atraer los electrones hacia sí mismo.

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Los enlaces covalentes se forman
compartiendo electrones.
Como vimos antes…..
En el primer ejemplo, los dos átomos de hidrógeno
comparten por igual los dos electrones del enlace, lo
que resulta en una distribución electrónica simétrica en
el enlace. Por lo tanto, es un enlace covalente no polar.

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Los enlaces covalentes se forman
compartiendo electrones.
Como vimos antes…..
En el segundo ejemplo, los electrones de enlace son
más fuertemente atraídos por el átomo de cloro que por
el hidrógeno. Esto es debido a la mayor
electronegatividad del cloro, lo que lleva a que la
distribución electrónica entre los átomos sea asimétrica.
Por lo tanto, es un enlace covalente polar.

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Los enlaces covalentes se forman
compartiendo electrones.
Como vimos antes…..
enlace covalente polar.
enlace covalente no polar

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Como regla general, los enlaces entre átomos cuyas
electronegatividades difieren por menos de 0.5 son
covalentes no polares; los enlaces entre átomos cuyas
electronegatividades difieren entre 0.5 a 2 son
covalentes polares y los enlaces entre átomos cuyas
electronegatividades difieren en más de 2 son iónicos
en gran medida.

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Un enlace covalente polar tiene una pequeña carga
positiva en un extremo y una pequeña carga negativa en
el otro.

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Un enlace polar tiene un Momento Dipolar
Un enlace polar tiene un extremo
negativo y un extremo positivo
Momento Dipolar (D) = m = e x d
(e) : magnitud de la carga (d) : distancia entre las dos cargas

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Mapas de Potencial Electrostático

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ORBITALES
Y
ENLACE QUÍMICO

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Los orbitales s
Un orbital representa el volumen de espacio alrededor
del núcleo donde es muy probable encontrar un electrón.
Orbitales Atómicos

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Los orbitales p

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Orbitales Moleculares
• Los orbitales moleculares pertenecen a toda la molécula.
• enlace s : tiene simetría cilíndrica y en este caso está
formado por el traslapo de dos orbitales s.
• Fuerza de enlace/energía de disociación: energía requerida
para romper un enlace o energía liberada al formar un enlace.

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Interacción constructiva (en fase) forma un OM de enlace;
interacción destructiva (fuera de fase) forma un OM antienlace

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Los orbitales p se pueden traslapar de dos maneras:
de frente o de lado a lado.

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El traslape de frente forma un enlace con simetría cilíndrica,
que por consiguiente es un enlace sigma (s).
Un enlace s es más fuerte que un enlace p

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El traslape de lado a lado de dos orbitales p paralelos forma
un enlace pi (p)

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HIBRIDACIÓN

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Los enlaces del metano

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Hibridación: mezcla de dos o más orbitales atómicos
para formar un nuevo conjunto de orbitales híbridos.
1. Mezcla de al menos dos orbitales atómicos no
equivalentes (e.g. s y p). Los orbitales híbridos
tienen formas diferentes a los orbitales atómicos.
2. El número de orbitales híbridos es igual al número
de orbitales atómicos usados en la hibridación.
3. Los enlaces covalentes son formados por:
a. Traslapo de orbitales híbridos con orbitales
atómicos
b. Traslapo de orbitales híbridos con otros
orbitales híbridos

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Hibridación de un orbital s y tres orbitales p

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Formación de Orbitales Híbridos sp3

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Los ángulos de enlace están determinados por los
orbitales que se usan para formar esos enlaces
• Ángulo de enlace tetraédrico: 109.5°
• Los pares de electrones se distribuyen en el espacio
lo más alejados posible entre sí.

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Formación de enlaces covalentes en el CH4

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Los enlaces del etano

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Orbitales híbridos del etano

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Los enlaces del eteno: un enlace doble

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Hibridación sp2 del Carbono

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Formación de Orbitales Híbridos sp2

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El orbital no-hibridizado 2pz (gris), el cual es
perpendicular al plano de los orbitales híbridos (verde).

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Enlace sigma (s) – densidad electrónica entre dos átomos
Enlace pi (p) – densidad electrónica arriba y abajo del plano de
los núcleos de los átomos enlazados
Enlaces en el Eteno (etileno), C2H4

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Otra perspectiva de los enlaces p en el Etileno, C2H4

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Los enlaces del etino: un triple enlace

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Los enlaces del etino: un triple enlace
Hibridación sp en el Carbono

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Los enlaces del etino: un triple enlace

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Los enlaces del etino: un triple enlace

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Resumen

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# de pares libres
+
# de átomos enlazados Hibridación Ejemplos
2
3
4
sp
sp2
sp3
BeCl2, CO2
BF3, HCHO
CH4, NH3, H2O
¿Cómo podemos predecir la hibridación del átomo central?
1. Dibuje la estructura de Lewis de la molécula.
2. Cuente el número de pares libres Y el número de
átomos enlazados al átomo central

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Los enlaces en el catión metilo +CH3

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Los enlaces en el radical metilo •CH3

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Los enlaces en el anión metilo -CH3

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Los enlaces en el agua

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Los enlaces en el amoníaco

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Los enlaces en el ion amonio

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Los enlaces en los haluros de hidrógeno

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Resumen
• Mientras más fuerte sea el enlace, más corto será.
• Mientras mayor sea la densidad electrónica en la región
del traslape de orbitales, más fuerte será el enlace.
• A mayor carácter s en el orbital, más corto y más fuerte
será el enlace.
• A mayor carácter s en el orbital, mayor será el ángulo
de enlace.

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El momento dipolar total de la molécula es igual a la suma
vectorial de los momentos dipolares de los enlaces individuales
Momento Dipolar Molecular

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Momentos de enlace y momentos dipolares resultantes en NH3 y NF3.

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¿Cuál de las siguientes moléculas tiene un momento dipolar?
H2O, CO2, SO2, y CF4
O
momento dipolar
molécula polar
S
C
O O
momento dipolar nulo
molécula no polar
momento dipolar
molécula polar
C
F
F
F
F
momento dipolar nulo
molécula no polar

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¿Tendrá el BF3
momento dipolar?

68. © 2011 Pearson Education, Inc. 68
¿Tendrá el CH2Cl2
momento dipolar?

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