Estructura Del Atomo y Enlace Quimico1 (1)

7/24/2019 Estructura Del Atomo y Enlace Quimico1 (1)

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UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTALLISANDRO ALVARADO

SISTEMA DE EDUCACION A DISTANCIADECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD

DIRECCIONES DE PROGRAMASDE MEDICINA Y ENFERMERIACURSO PREUNIVERSITARIO

PRINCIPIOS BSICOS DEQUMICA ORGNICA

PROGRAMAS DE ENFERMERA Y MEDICINADECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD.


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INTRODUCCION

En un principio los cientficos crean que para sintetizar sustancias orgnicas

era necesaria la existencia de una fuerza vital, es decir, de los organismos

vivos. Pero un descubrimiento llevado a cabo por el qumico alemn Friedrich

Whler, en 1828, en el que el compuesto inorgnico cianato de amonio poda

convertirse en urea, sustancia orgnica que se encuentra en la orina de

muchos animales, desplaz la creencia de la existencia de la fuerza vital,

rompiendo as, la barrera entre las sustancias inorgnicas y las sustancias

orgnicas.

Hoy da, los qumicos modernos definen a los compuestos orgnicos como

aqullas sustancias que contienen carbono y otros elementos, siendo los mscomunes: hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, azufre y los halgenos. Por ello, en

la actualidad, la Qumica Orgnica es tambin llamada Qumica del carbono.

En este tema, se estudiarn algunos conocimientos bsicos que constituyen

prerrequisitos necesarios para afrontar con xito las asignaturas: Bioqumica

del Programa de Enfermera y Qumica Orgnica del Programa de Medicina

del Decanato de Ciencias de la Salud de la Universidad Centroccidental

Lisandro Alvarado. Los tpicos que se desarrollaran en esta unidad son: la

estructura y configuracin electrnica de los tomos, la formacin de enlaces

qumicos inico y covalente, la polarizacin de los enlaces covalentes y los

tipos de fuerzas que se establecen entre las molculas.

Objetivo Terminal:

Comprender la estructura y configuracin electrnica de los tomos de

importancia biolgica, su implicacin en la formacin de enlaces inicos y

covalentes polares y no polares y el establecimiento de las fuerzas

intermoleculares.


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ESTRUCTURA DEL TOMO

El tomo es el componente ms pequeo de un

elemento qumico que retiene las propiedades

relacionadas con ese elemento y que puede

actuar en una reaccin qumica. En el tomo

distinguimos dos partes: el ncleoy la corteza.

1.- El ncleo es la parte central del tomo y

contiene partculas con carga positiva llamadas protonesy partculas que no

poseen carga elctrica, es decir son neutras, llamadas neutrones. La masa

de un protn es aproximadamente igual a la de un neutrn. Todos los tomosde un elemento qumico tienen en el ncleo el mismo

nmero de protones. Este nmero se llama el nmero

atmicoy se representa con la letra Z.

2.- La corteza es la parte exterior del tomo. En ella se

encuentran los electrones, que poseen carga negativa y

giran alrededor del ncleo. Los tomos son

elctricamente neutros, debido a que tienen igual nmero de protones (cargaspositivas) y de electrones (cargas negativas). Por lo tanto, el nmero atmico

(cantidad de protones en el ncleo) coincide con el nmero de electrones.

3.- La suma del nmero de protones y el nmero de neutrones de un tomo

recibe el nombre de nmero msicoy se representa

con la letra A. Aunque todos los tomos de un mismo

elemento se caracterizan por tener el mismo nmero

atmico (nmero de protones), pueden tener distintonmero de neutrones. A los tomos de un mismo elemento que se diferencian

en el nmero de neutrones y, por ende, en su nmero msico se denominan

istopos.


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En la naturaleza encontramos 3 istopos del Hidrgeno. El Hidrgeno que

contiene 1 protn y no contiene neutrones, el Deuterio que es un tomo de

Hidrgeno que contiene un protn y un neutrn y el Tritio que es un tomo de

Hidrgeno que contiene un protn y dos neutrones. En la figura de abajo sepuede observar que cada uno de los istopos se diferencian por el nmero de

neutrones (crculo color gris) y no por el nmero de protones(crculo color

rojo) ya que los tres istopos contienen un solo protn. Por lo tanto, el

nmero atmico de los tres istopos es 1 pero el nmero msico vara segn

el istopo: 2 para el Deuterio y 3 para el Tritio.

Hidrgeno Deuterio Tritio

( H ) ( H ) ( H)

CONFIGURACION ELECTRONICA

Se entiende por configuracin electrnica la distribucin ms estable, y por

tanto ms probable, de los electrones en torno al ncleo. La distribucin

electrnica nos permite conocer el nmero de electrones que posee ese

elemento en su ltima capa o nivel de energa y que se denominan

electrones de enlaces.

1

1

21

3

1

Actividad de control 1: Indique el nmero de neutrones queposee un elemento cuya masa atmica es 14 y su nmeroatmico es 6. Explique brevemente su respuesta.


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De acuerdo con estas reglas el orden es el siguiente:1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s

Los nmeros representan los niveles de energa y las letras los subniveles.

3.- Principio de exclusin de Pauli. En cada orbital slo puede haber 2

electrones y deben girar en sentido contrario, es decir, deben tener spines

diferentes.

4.- Principio de Hund o de mxima multiplicidad. Un segundo electrn no

entra en un orbital que est ocupado por otro mientras que haya otro orbital

desocupado de la misma energa

Tomando en consideracin todo lo expuesto con relacin a la distribucin

electrnica, pasaremos a realizar las distribuciones electrnicas de algunos

elementos importantes:

Ejemplo 1:

Escriba la distribucin electrnica del elemento Oxgeno y represntelagrficamente. El nmero atmico es 8.


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Las flechas representan a los electrones y sus direcciones opuestas a los

spines o giros del electrn.

Para el Oxgeno la representacin grfica de la distribucin electrnica es la

siguiente:

1s2 2s2 2px2 2py 2pz

Ejemplo 2:

Escriba la distribucin electrnica del elemento Carbono y represntela

grficamente. Nmero atmico 6.

Respuesta:

1.- El nmero atmico nos indica que el tomo de Carbono presenta 6

protones en su ncleo y, por ende, 6 electrones en su corteza. Esto asegura

la neutralidad del tomo de Carbono.

2.- Se distribuyen los 6 electrones en los diferentes orbitales, siguiendo el

orden establecido segn el diagrama de Moeller.

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s

Al 1s se le asignan 2 electrones, restan 4.

Al 2s se le asignan 2 electrones, restan 2.

Al 2p se le asignan los 2 electrones restantes.

La distribucin electrnica del Carbono es: 1s2, 2s2, 2p2


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de stos tomos con ocho electrones, excepto los tomos que se encuentran

cerca del helio, que completan su ltimo nivel con slo dos electrones.

Los tipos fundamentales de enlace que se abordarn en este tema son el

inico, el covalente y las fuerzas intermoleculares, llamadas por algunos

autores como enlaces no covalentes. Para comprender todos estos tipos de

enlaces, es primordial estudiar lo relacionado con la electronegatividad de los

elementos qumicos.

Electronegatividad:

La electronegatividad puede definirse como la fuerza de atraccin que ejerce

un tomo sobre los electrones de otros cuando forman un enlace qumico. Si

un tomo tiene una gran tendencia a atraer electrones se dice que es muy

electronegativo y si tiene poca tendencia a atraer electrones se dice que es

muy electropositivo o con baja electronegatividad.

En la tabla peridica, a medida que avanzamos (de izquierda a derecha) en

un periodo los elementos son ms electronegativos y, por el contrario, a

medida que avanzamos (de arriba hacia abajo) en un grupo disminuye la

electronegatividad de los elementos. Eso implica que los elementos situados

a la derecha de la tabla peridica (no metales) tienden a ser muy

electronegativos y los elementos situados a la izquierda y en el centro de la

tabla (metales), tienden a ser muy electropositivos.

Los diferentes valores de electronegatividad se clasifican segn diferentes

escalas, entre ellas se encuentra la escala de Pauling que se muestra a

continuacin:


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forma un enlace covalente dobley cuando comparten 6 electrones se forma

un enlace covalente triple. En todos estos enlaces cada tomo aporta la

mitad de los electrones.

Cmo se forman estos tipos de enlaces covalentes?

En la formacin de los enlaces covalentes se produce un solapamiento de los

orbitales de los niveles de energa ms externos de los tomos que forman el

enlace. Cuando el solapamiento de los orbitales es frontal se dice que el

enlace covalente es de tipo sigma ()y cuando el solapamiento es lateral el

enlace covalente es de tipo pi (). Cuando se forma un enlace sencillo, el tipo

de enlace covalente que se forma es sigma (); cuando el enlace es doble

uno de los enlaces es sigma y el otro pi (). En el caso del enlace triple uno

de los enlaces es sigma y los otros dos son de tipo pi () . En la figura se

puede observar como el solapamiento frontral de los orbitales s

o p originan enlaces tipo sigma (), mientras que el

solapamiento lateral de los orbitales p generan enlaces tipo

pi().


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Hibridacin sp: En este tipo de hibridacin se encuentran involucrados 1

orbital s y 1 orbital p y forman 2 orbitales nuevos sp.

De acuerdo al tipo de enlace (sencillo, doble o triple) que van a formar los

tomos, se producir un tipo especfico de hibridacin. Para formar enlaces

sencillos el tipo de hibridacin que se produce se denomina sp3, en este tipo

de hibridacin se encuentran involucrados 1 orbital s y 3 orbitales p. Cuando

se van a formar enlaces dobles se produce una hibridacin del tipo sp2, en lacual se encuentran implicados 1 orbital s y 2 orbitales p, el orbital p que no se

hibridiz forma el doble enlace y cuando se van a formar enlaces triples se

produce una hibridacin sp, constituida por 1 orbital s y 1 p, los otros dos

orbitales p no hibridizados van a formar los otros dos enlaces para generar el

enlace triple.

Ejemplo1

Hibridacin sp3del carbono

El tomo de carbono tiene la siguiente distribucin electrnica: 1s2, 2s2, 2p2

La representacin grfica de la distribucin electrnica de este elemento es:


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En este proceso de hibridacin, lo primero que ocurre es que uno de los

electrones ubicado en el orbital s es transferido al orbital 2pz y

posteriormente se produce la hibridacin del orbital s con 2 de los

orbitales p, originando 3 nuevos orbitales denominados sp2, se llaman asporque se unieron 1 orbital s y 2 orbitales p, el orbital p restante formar

el doble enlace. De esta forma, el carbono logra formar sus 4 enlaces

covalentes.

Recuerda que los enlaces sencillos son de tipo sigma () y los enlaces

dobles estn formados por un enlace sigma y otro pi ().

Grficamente puede representarse de la siguiente manera:

1s2 2s 2px 2py 2pz 1s2 sp2 sp2 sp2 spz

C

Grficamente, la hibridacin sp2del carbono se muestra en la figura de abajo.

Este tipo de hibridacin permite que el carbono adquiera una estructura

espacial triangular cuando forma sus enlaces. Esta estructura le permite al

tomo de carbono formar dos enlaces sencillos y uno doble con otros

elementos o con el mismo.

hibridacin

Las lneas de color negro corresponden alos enlaces sencillos y las rojascorresponden al enlace doble.


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C

Grficamente, la hibridacin spdel carbono se muestra en la figura de abajo.

Este tipo de hibridacin permite que el carbono adquiera una estructura

espacial lineal cuando forma sus enlaces. Esta estructura le permite al tomo

de carbono formar un enlace sencillo y uno doble con otros elementos o con

el mismo.

Ejemplo 2

Hibridacin sp3del Oxgeno

El tomo de Oxgeno presenta la siguiente distribucin electrnica:

1s2, 2s2, 2p4

La representacin grfica de la distribucin electrnica de este elemento es:

1s2 2s2 2px2 2py 2pz

La lnea de color negro representa el

enlace sencillo y las lneas de color rojocorresponden al enlace triple.


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Si el tomo de Oxgeno va a formar enlaces sencillos, se debe producir una

hibridacin sp3. Este tipo de hibridacin se produce de la siguiente manera:

Como se observa el nivel energtico mas externo es el 2 que contiene 6

electrones, por lo tanto el carbono requiere de 2 electrones adicionalespara completar los 8 electrones y cumplir la regla del octeto, alcanzando

as su mxima estabilidad.

Estos 2 electrones lo obtiene el Oxgeno formando 2 enlaces (en este

caso sern enlaces sencillos)

En este nivel de energa (nivel 2) los electrones ocupan dos orbitales

distintos: el orbital s y el orbital p, por lo se debe producir la hibridacin de

estos orbitales y originar cuatro nuevos orbitales sp3(mezcla de 1 orbital

s y 3 orbitales p) para poder formar los enlaces.

Dos de los orbitales hbridos ya tienen sus dos electrones completos

(denominados electrones apareados) y los dos orbitales hbridos

restantes contienen un electrn cada uno (electrones desapareados),

stos ltimos son los responsables de formar los enlaces covalentes.

Recuerda que los enlaces sencillos son de tipo sigma ().

Grficamente la hibridacin sp3puede representarse de la siguiente manera:

1s2 2s 2px 2py 2pz 1s2 sp3 sp3 sp3 sp3

O

hibridacin

..

..Las lneas negras corresponden a los enlaces

covalentes sencillos y los dobles puntos por encima

y debajo del tomo de Oxgeno corresponden a los

electrones apareados.


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POLARIZACIN DE LOS ENLACES COVALENTES

Como se plante anteriormente, los elementos tienen la capacidad de atraer

los electrones cuando forman un enlace qumico. A esta propiedad ladenominamos ELECTRONEGATIVIDAD.

Cuando se forma un enlace covalente, los dos tomos enlazados comparten

electrones. Si los tomos del enlace covalente son de elementos diferentes,

uno de ellos tiende a atraer a los electrones compartidos con ms fuerza, es

decir, uno de ellos es ms electronegativo que el otro. Esto origina que los

electrones, que forman el enlace, pasen ms tiempo del lado del tomo ms

electronegativo. Este fenmeno genera una carga parcial negativa en eltomo ms electronegativo y una carga parcial positiva en el tomo menos

electronegativo, producindose un dipolo permanente entre estos dos tomos

y el enlace que forman se le conoce como enlace covalente polar. La

diferencia de electronegatividades entre los tomos que forman el enlace

covalente polar debe estar en el rango de 0,5 a 2.

Por otra parte, cuando los tomos unidos por un enlace covalente presentan

una diferencia entre sus electronegatividades menor a 0,5 forman un enlace

covalente apolar. Los tomos de un mismo elemento forman este tipo de

enlace porque presentan el mismo nivel de electronegatividad y, por ende,

ninguno de los tomos atrae a los electrones compartidos con ms fuerza que

el otro.

Actividad de control 4:Qu tipo de hibridacin presentan loselementos carbono y oxgeno en los enlaces sealados entrelos asterisco (*). Explique su respuesta.a.- HO - CH *=* Ob.- CH2*=* CH2c.- CH3*-*O-Hd.- HC*

*CH


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El ejemplo biolgico que muestra este tipo de fuerza es la interaccin que se

produce entre el in Fe++ de la

hemoglobina y la molcula de O2. La

molcula de oxgeno es apolar ya queest formada por dos tomos iguales y

la diferencia de electronegatividad es

cero. Esta interaccin es la que

permite la unin reversible del O2 a la hemoglobina y el transporte de O2

desde los pulmones hacia los tejidos. En la figura de la izquierda (forma

oxigenada de la hemoglobina), se observa como el in ferroso al acercarse a

la molcula de oxgeno la polariza y se establece la interaccin in-dipolo

inducido y el oxgeno se une a l. En la figura de la derecha (forma

desoxigenada de la hemoglobina), cuando el in ferroso se aleja se rompe la

interaccin y el oxgeno queda libre.

Interacciones hidrofbicas: Cuando las molculas apolares se ponen en

contacto con el agua, tienden a asociarse para evitar al mximo la interaccin

con las molculas de este solvente.

Este fenmeno se denomina efecto hidrofbico, el cual es el responsable deque determinados lpidos formen agregados supramoleculares. Entre los

ejemplos biolgicos de fuerzas hidrofbicas podran sealarse:

Las fuerzas hidrofbica que se establecen entre los fosfolpidos que

forman las membranas celulares (forman bicapas)

Las fuerzas hidrofbicas que se establecen en el interior de una micela

durante la digestin de los lpidos

Las fuerzas hidrofbicas que hacen que los aminocidos hidrofbicos

se apien en el interior de las protenas globulares


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Respuestas a las actividades controles

Actividad control 1:

Masa atmica = protones + neutrones

Nmero atmico= protones

Neutrones = Masa atmicaprotones

Neutrones= 146 = 8

El nmero de neutrones presentes en el ncleo de este elemento es 8.


La configuracin electrnica del sodio es: 1S2, 2S2, 2P6,3S1

Esquematicamente se representa de la siguiente manera:

1S2 2S2 2Px 2Py 2Pz 3S1


Compuesto Tipo de enlace

NaCl Ionico

Cl2 Covalente no polar

HF Covalente polar

NaCl: El elemento sodio posee en su nivel de energa ms externo 1 electrn

y en el nivel inmediato inferior 8 electrones, por lo tanto el sodio tiende a

perder 1 electrn para cumplir la regla del octeto. Por otra parte, el cloro

posee 7 electrones en su nivel de energa mas externo por lo que tiende a

ganar 1 electrn para cumplir la regla del octeto. La diferencia de


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formarn el enlace sencillo (sigma) y el orbital p que no particip en la

hibridacin formar el doble enlace (pi).

c.- CH3*-*O-H: Tanto el tomo de carbono como el tomo de oxgeno

presentan hibridacin sp3. Esto es debido a que cuando estos tomos forman

enlaces sencillos, se produce la hibridacin de un orbital s y tres orbitales p.

Los orbitales hibridizados formarn los enlaces sencillos (sigma).

d.- HC*

*CH:El tomo de carbono presentan hibridacin sp. Esto es debido

a que cuando este elemento forman un triple enlace, se produce la

hibridacin de un orbital s y un orbitales p. Los orbitales hibridizados formarn

el enlace sencillo (sigma) y los orbitales p que no participaron en la

hibridacin formar el triple enlace (pi).

Actividad control 5: El HF es ms polar que el HCl debido a que la

diferencia entre las electronegatividades del hidrgeno y el flor (4-2,1=1,9)

es mayor que la diferencia entre el hidrgeno y el cloro (32,1 = 0,9).


a.- Na+ y H2O: Interaccin in dipolo. El sodio es un in y el agua es una

molcula polar.

b.- cido linolicoy H2O: Interacciones hidrofbicas. El cido linolico es un

cido graso y el agua una molcula polar.

c.- H2O y metanol (CH3OH): Puentes o enlaces de hidrgeno. Ambas

molculas son polares y el tomo de hidrgeno se encuentra unido a un

elemento altamente electronegativo.

d.- cido araquidnico y cido araquidnico: Interaccin dipolo

instantneo- dipolo inducido. Las dos sustancias son cidos grasos.

e.- Metanol y propano. Interaccin dipolo-dipolo inducido. El metanol es una

molcula polar y el propano una molcula apolar.


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