5 ) ESTRUCTURA
MOLECULAR
5.1) ENLACES MOLECULARES
Sistemas = sistemas de átomos
¿Cómo se ensamblan o unen los átomos?
 interacciones eléctricas
+
...
5.1) ENLACES MOLECULARES
i)

ENLACES IÓNICOS

 Caracterizados por interacciones
eléctricas de iones atómicos.
 Molécula ...
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

Emol  E elect  E kT  EkR  Evib...
i) Estados energéticos
rotacionales
Caso: Molécula diatómica

r
m1

m2

3 grados de libertad
rotacional

z
X: Rot Y-Z
Y: R...
z

m1

z
r

CM

m2

≡

0

r
µ

1 2
m1m2
2
EkR  Iw , I   r   
2
m1  m2
L  Iw
L  J ( J  1)h, J : numero cuantico r...
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 de...
ii) Energía vibracional
• Modelo
k

m1m2

m1  m2

k
m2

m1

Sistema µk {sistema m-k: MAS}

w

2
1
 
T
2

k


1
...
Regla de selección: ∆ν=+/-1
ν

Evib

3

E3  7 E0

γ

2
1

γ

0

E2  5 E0
E1  3E0
h k
E0 
2 

E12 = E12 : Absorción
Eγ...
E   : E  h   

E

h
h k
E (eV )  Eij  aE0  a
2 
Enlaces : k ( informacion diversa)

kCO  1860 N / m
k HCl ...
iii) Espectros moleculares
Asumiendo grados de libertad independientes,

Emol ,rot ,vib  Ekr  Evib
Emol ,rot ,vib  E j...
• Diagramas de nivel de energía:

h2
E  h   J  1
I

2

h
E  h  J
I

, J  1, J  0,1, 2,K ;
  1; J : inic...
I

I

8.00

8.20

8.40

8.60
8.80
Frecuencia

9.00

9.20 x 1013 Hz
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+ ve...
%
 Na  : E p ,elect Na   12 Na  : repulsivo; r : Na   Na  :

2r

 12ke e 2 /( 2r )
M

 E p ,elect ,atractiva ,...
La energía potencial total se puede modelar de
esta forma,

E pot ,total

A B
 n  m
r
r

 U total

 ke e
B  A   ke...
UT

r
U0
 Grafica U total (r ),U 0 : mínimo (separación de equilibrio, r  r0 )

e2 
1
 U 0   ke  1  
r0 
m
• U0 Energí...
•

Energía cohesiva Atómica:

NaCl 

E

  Na  Cl

NaCl 


 E1

  Na   Cl  , E1  7,84



Na  Cl 

 E2

 ...
%
E  7,84  5,14  3,61  6,31

 Na  Cl 

%
  NaCl : E  6,31

%
E

E=6,31
•

Propiedades Generales:
→ Duros y estables
→ Pobres conductores de I y Q
→ Transparentes en la zona visible
→ Absorbente...
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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 Energía eléctrica : e-e , e-p Energía de traslación: CM Energía cinética de rotación √ Energía de vibración √ CM
  13. 13. 5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS MOLECULARES ESTADO MOLECULAR CARACTERIZADO POR ENERGIA, Emol Emol  E elect  E kT  EkR  Evib  ... Compleja , problema de muchos cuerpos No da mucha información “estructural” de la molécula
  14. 14. i) Estados energéticos rotacionales Caso: Molécula diatómica r m1 m2 3 grados de libertad rotacional z X: Rot Y-Z Y: Rot Y y x Z: Rot X-Y
  15. 15. z m1 z r CM m2 ≡ 0 r µ 1 2 m1m2 2 EkR  Iw , I   r    2 m1  m2 L  Iw L  J ( J  1)h, J : numero cuantico rotacional Re emplazando EK , R J ( J  1)h2  , J  0,1, 2,... 2I
  16. 16. Las transiciones posibles rotacionales se muestran en el siguiente diagrama donde la regla de selección esta dada por ∆J = +/- 1, J EKRi EKR 3 3 γ 2 1 0 γ 6h2  I 3h2 EKR 2  I h2 EKR1  I EKR 0  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. γ • Teoría física  modelo  experimentos: E ij  E j  Ei  f  Ei  kE1  k h (2 ) I Caso: CO C r O mc y mo= ok u:uma M1 M2 u: 1,6 *10(-27) mc mo →r:0,113 nm
  18. 18. ii) Energía vibracional • Modelo k m1m2  m1  m2 k m2 m1 Sistema µk {sistema m-k: MAS} w 2 1   T 2 k  1  Evib  Eoscmascuantico  h  v   2  v : # cuantico vibracional ; v  0,1, 2, ... Evib  h 2 k 1 (v  )  2
  19. 19. Regla de selección: ∆ν=+/-1 ν Evib 3 E3  7 E0 γ 2 1 γ 0 E2  5 E0 E1  3E0 h k E0  2  E12 = E12 : Absorción Eγ 12= ∆E12 = E 2 − E1 E32 = E32 : Emisión Eγ 43= ∆E 43 = E 4 − E 3 A Ts ordinarias: Ev = Ev,v=0 (∆E>>kBT) E  IR
  20. 20. E   : E  h    E h h k E (eV )  Eij  aE0  a 2  Enlaces : k ( informacion diversa) kCO  1860 N / m k HCl  480 N / m
  21. 21. iii) Espectros moleculares Asumiendo grados de libertad independientes, Emol ,rot ,vib  Ekr  Evib Emol ,rot ,vib  E j h ( J ( J  1) k 1 E j   h (v  ) 2I  2 2
  22. 22. • Diagramas de nivel de energía: h2 E  h   J  1 I 2 h E  h  J I , J  1, J  0,1, 2,K ;   1; J : inicial ; J  1, J  1,2,K ;   1; J : inicial • Especto del HCl: doblete; concordancia con el modelo
  23. 23. I I 8.00 8.20 8.40 8.60 8.80 Frecuencia 9.00 9.20 x 1013 Hz
  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  Na  : E p ,elect Na   6Cl   6ke e 2 / r ; r : Na   Cl  : atractiva
  26. 26. %  Na  : E p ,elect Na   12 Na  : repulsivo; r : Na   Na  : 2r  12ke e 2 /( 2r ) M  E p ,elect ,atractiva ,res   ke e / r , : cte de Madelung 2     (estructura del cristal)   NaCl  1,7476
  27. 27. La energía potencial total se puede modelar de esta forma, E pot ,total A B  n  m r r  U total  ke e B  A   ke e   m r r  n 1 2 2
  28. 28. UT r U0
  29. 29.  Grafica U total (r ),U 0 : mínimo (separación de equilibrio, r  r0 ) e2  1  U 0   ke  1   r0  m • U0 Energía cohesiva Iónica del sólido  U 0 : solido  iones aislados  U 0, NaCl  7,84 eV / Na   Cl 
  30. 30. • Energía cohesiva Atómica: NaCl  E   Na  Cl NaCl    E1   Na   Cl  , E1  7,84  Na  Cl   E2   Na  Cl , E2  5,14  3,61  Na  Na  5,14eV  E=? Cl  3,61eV  Cl
  31. 31. % E  7,84  5,14  3,61  6,31  Na  Cl  %   NaCl : E  6,31 % 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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