5) Estructura Molecular

1. 5 ) ESTRUCTURA
MOLECULAR

2. 5.1) ENLACES MOLECULARES
Sistemas = sistemas de átomos
¿Cómo se ensamblan o unen los átomos?
 interacciones eléctricas
+ -
®Enlaces

3. 5.1) ENLACES MOLECULARES
i) ENLACES IÓNICOS
 Caracterizados por interacciones
eléctricas de iones atómicos.
 Molécula + de Cloruro -
de sodio
®NaCl= Na + Cl

4. 5.1) ENLACES MOLECULARES
® Enlace medianamente intenso
NaCl  Na+ Cl( orden de eV)
+ -

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. Son energéticamente más intensos que el
enlace ion – ion
Cl2 , O2, H2O ,CH4

7. iii) ENLACES DE VAN DER WALLS
Caracterizados por interacciones eléctricas
débiles entre dipolos
® H20, HCl : Moléculas polares
permanentes, por ejemplo,

8. Son enlaces energéticos débiles respecto
de los ION-ION
Las fuerzas de Van der Walls pueden ser:
® p-p (permanente-permanente)

9. ® p-p (permanente-inducido)
® p-p (inducido-inducido)

10. iv) ENLACE DE H
Caracterizado por compartir protones
Presentes en macro-moléculas {moléculas
orgánicas}
Son de intensidad energética baja (– 0.1 eV)

11. v) ENLACE METALICO
® Presente en sólidos metálicos
® Las fuerzas de enlace entre los núcleos
positivos y el gas de electrones.

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 Ö
Energía de vibración Ö

13. 5.2) ENERGÍAS Y ESPECTROS
MOLECULARES
ESTADO MOLECULAR CARACTERIZADO
POR ENERGIA, Emol
Emol = E elect + E kT kR vib ... + E + E +
Compleja ,
problema de
muchos cuerpos
No da mucha
información
“estructural” de
la molécula

14. i) Estados energéticos
rotacionales
Caso: Molécula diatómica
r
m1 m2
z
x
y
3 grados de libertad
rotacional
X: Rot Y-Z
Y: Rot Y
Z: Rot X-Y

15. m1
z
r r º
mCM 2
E = Iw I = m r Ø m
=
m m
2
kR
,
2 2 1 2
1 2
h
and
( 1) , 0,1
R
1 ,
2
( 1) , :
,2
e
,...
2 K R
m m
L Iw
L J J J numerocuant
J
icorota
emplaz
cion
J
I
a
E
o
l
J
+
+
=
+
=
=
= h
m
z
0

16. Las transiciones posibles rotacionales se muestran en
el siguiente diagrama donde la regla de selección esta
dada por DJ = +/- 1,
J EKRi
3
2
3
6
KR E
= h
I
2
2
3
KR E
= h
I
2
KR1 E
= h
I
0 0 KR E =
g
g
2
10

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:
E E E f { Ei } kE k h
g ij j i
1 (2 p ) I
D = - = = =
Caso: CO
C r O
M1
mc
M2
mo
mc y mo= ok
u:uma
u: 1,6 *10(-27)
®r:0,113 nm

18. ii) Energía vibracional
• Modelo
m m
m m
1 2
1 2
m =
+
k k
m1 m2
Sistema mk {sistema m-k: MAS}
w 2 p u
1
k
p
2
1
2
: #
( 1)
2
; 0,1,2 ..
2
, .
vib oscmascuantico
vib
T
E E h v
v cuan
E h k v
tico vibracional v
p m
m
u
= ® =
= = ì + ü í ý
= +
î þ
=

19. Regla de selección: Dn=+/-1
n Evib
3
2
1
0
3 0 E = 7E
2 0 E = 5E
E k
0 2
m
= h
g
g
1 0 E = 3E
E12 = E12 : Absorción
2 1 12 12 Eg = DE = E - E
E32 = E32 : Emisión
A Ts ordinarias: Ev = Ev,v=0 (DE>>kBT)
4 3 43 43 Eg = DE = E - E Eg ® IR

20. g
g
E eV E aE a k
0
Enlaces k
E :
E h
( )
E
h
2
ij
: ( informacion diversa)
g
u u u
m
® = ® =
= D = = h
k 1860 N /
m
k 480 N /
m
CO
HCl
º
º

21. iii) Espectros moleculares
Asumiendo grados de libertad independientes,
E = E +
E
mol , ,
kr vib
E =
E
mol , ,
b j
2
E J J k v
= + + + h
( ( 1) ( 1)
2 2
rot vib
rot vi
j
I
u
h
u m

22. • Diagramas de nivel de energía:
( )
2
E h J J J
D º + + D º + º
1 , 1, 0,1,2, ;
I
J
D º +
1; : inicial
n
n
h
K
2
D º - D º - º
; 1, 1,2, ;
D º +
1; : inicial
E h J J J
I
J
n
n
h
K
• Especto del HCl: doblete; concordancia con el
modelo

23. I
8.00 8.20 8.40 8.60 8.80 9.00 9.20 x 1013 Hz
Frecuencia
I

24. 5.3) ENLACES EN SÓLIDOS
• Tipos de Enlaces:
® Enlace Iónico (NaCl)
® E covalente (diamante)
® E Metálico (metales): Iónico-covalente

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 Na+ - 6 Cl- º - 6 k e 2
/ r ; r : Na+ - Cl- : atractiva
p , elect e

26. ® + + - + vo % + - +
:
Na : E Na 1 Na repulsi r : Na Na 2
r
2 : ; p ,
elect
2
k e r
12 /( 2 )
e
º +
®M
2
, , , : cte de Madelung
(estructura del cristal)
/ ,
1,7476
p elect atractiva
a
s
N
re e
Cl
E k e r
a
a a
a a
® º -
® º
® º

27. La energía potencial total se puede modelar de
esta forma,
E A B
,
º - +
r r
ì º
2 2
k e B A k e U
a a
1
pot total n m
® º - + í
e e
total m
r r n
î º

28. UT
r
U0

29. 0 0 ( ), :mínimo (separación de equilibrio, ®GraficaUtotal r U r º r )
2
U k e
® º -a æç - ö¸ 0
è ø
1 1 e
r m
0
• U0 Energía cohesiva Iónica del sólido
0 ® U : solido®iones aislados
0, 7,84 / Nacl ®U º - eV Na+ -Cl-

30. • Energía cohesiva Atómica:
NaCl¾+¾E®Na + Cl
NaCl¾+¾E1
®Na+ +Cl - ,E º 7,84
1 Na+ +Cl- ¾-¾E 2
®Na + Cl,E º -5,14 + 3,61
2 Na+ ® Na + 5,14eV
Cl- + 3,61eV ®Cl
E=?

31. E% º +7,84 - 5,14 + 3,61 º +6,31
Na + Cl¾-¾E®NaCl : E º -6,31 % %
E=6,31

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