Instrucciones
Usted tiene las siguientes opciones en este simulador para moléculas pequeñas tanto inorgánicas como orgánicas.
- En la parte superior, aparecen los botones 2D y 3D para que pueda observar el modelo en dos o tres dimensiones.
- A continuación se presenta el modelo en dos o tres dimensiones.
- "Search" puede ser utilizado para buscar alguna molécula, escribiendo el nombre en inglés, por ejemplo al escribir, sulphuric acid (ácido sulfúrico).
- Color de fondo, sirve seleccionar el color del fondo del modelo en tres dimensiones.
- Acercar +, acerca el modelo.
- Acercar -, aleja el modelo.
- Girar X, Y, Z, para girar el modelo en tres dimensiones en los ejes x, y, z.
- Alambres, varillas y pelotas y varillas, para cambiar el modelo en tres dimensiones en esas representaciones.
- Energía, aparce en la parte superior la energía de la molécula en kJ/mol o kcal/mol.
- Minmizar por MMFF94, normalmente las estructuras iniciales que se crean en los simuladores poseen energías mucho mayores a las que tendría un objeto real, por esta razón, se utilizan algoritmos para calcular las posiciones y fuerzas originales, con el objetivo de minimizarlas y que sean más realistas.
- Arrastrar Minimizar, usted puede arrastrar un átomo, soltarlo y entonces el sistema hace un cálculo de minimización de energía.
- Simetría, muestra los planos de simetría en la molécula.
- Editar, puede editar la molécula agragando o quitando átomos y enlaces.
- Superficie VDW, la superficie de van der Waals de una molécula es una representación abstracta o modelo de esa molécula, que ilustra dónde, en términos muy generales, podría haber una superficie para la molécula en función de los cortes duros de los radios de van der Waals para átomos individuales, y representa una superficie a través de la cual la molécula podría concebirse interactuando con otras moléculas.
- PEM es el mapa de potencial electrostático.
- Carga parcial calcula la carga parcial de cada átomo.
- Tetraedros, para el caso que exista alguna átomo tetraédrico.
- Dipolos enlaces, para ver el los dipolos de todos los enlaces.
- Dipolo molecular, para ver el momento dipolar resultante de toda la molécula.
- Hibridación sp, sp2 y sp3, para ver la hibridacion del átomo de carbono.
- Anillo aromático, muestra los anillos aromáticos.
- Heteroátomo, muestra los heteroátomos en heterociclos.
- C quiral (nomenclatura R/S) y E/Z para isomería geométrica en alquenos, los descriptores R/S permiten indicar en un compuesto orgánico la configuración (la disposición espacial de los sustituyentes) de un carbono o centro quiral, estereocentro o centro estereogénico, que es el caso de un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes. Se añade R o S entre paréntesis como prefijo delante del nombre de la molécula orgánica. En caso de ser más de uno el centro estereogénico, separados por coma se indica el descriptor R o S de cada uno, precedido del número o localizador que identifica su posición.
- Invertir R/S, para cambiar la quiralidad.
- Nomenclatura E/Z en Alquenos, el sistema tradicional para nombrar los isómeros geométricos de un alqueno, en el que los mismos grupos están dispuestos de manera diferente, es nombrarlos como cis o trans. Sin embargo, es fácil encontrar ejemplos donde el sistema cis-trans no se aplica fácilmente.
- N electrones, O electrones y S electrones, para ver los electrones libres del nitrógeno, oxígeno y azufre.
- C primario, C secundario, C terciario, C cuaternario, identifica la clasificación de los átomos de carbono.
- Dadores y aceptores de puentes de hidrógeno, señala los átomos que pueden dar o aceptar puentes de hidrógeno
- Botón 2D, cuando escoge el botón 2D, la aplicación tiene su propio menú y quedan inhabilitados todos los botones 3D.
Alquenos
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Propiedades Físicas de los Alquenos
Los alquenos son hidrocarburos insaturados que contienen al menos un doble enlace carbono-carbono. Sus propiedades físicas están influenciadas principalmente por el tamaño de la molécula (número de átomos de carbono) y la presencia del doble enlace, aunque este último tiene un impacto menor en las propiedades físicas en comparación con los alcanos de peso molecular similar.
En esta aplicación, exploraremos cómo cambian las propiedades físicas clave, como el punto de ebullición, el punto de fusión y la densidad, a medida que aumenta el número de átomos de carbono en la cadena de alquenos lineales, desde 2 hasta 20 átomos de carbono.
Estado Natural de los Alquenos
En condiciones de temperatura y presión ambiente (aproximadamente 25°C y 1 atmósfera), el estado físico de los alquenos depende en gran medida de su masa molecular, es decir, del número de átomos de carbono en su estructura:
- Alquenos con 2 a 4 átomos de carbono: Son gases. Ejemplos incluyen el eteno (etileno) y el propeno (propileno).
- Alquenos con 5 a 17 átomos de carbono: Son líquidos. La mayoría de los alquenos que se encuentran comúnmente en la industria y la naturaleza en este rango son líquidos.
- Alquenos con 18 o más átomos de carbono: Son sólidos. Estos alquenos de cadena larga tienen fuerzas intermoleculares lo suficientemente fuertes como para mantener una estructura sólida a temperatura ambiente.
Estas tendencias son similares a las de los alcanos correspondientes, aunque los puntos de ebullición y fusión de los alquenos suelen ser ligeramente inferiores debido a la menor superficie de contacto y, en algunos casos, a la polaridad que puede afectar el empaquetamiento.
Propiedades Físicas Clave
Punto de Ebullición (°C)
El punto de ebullición de los alquenos aumenta con el incremento del número de átomos de carbono en la cadena. Esto se debe a que las moléculas más grandes tienen una mayor superficie de contacto, lo que resulta en fuerzas de Van der Waals (fuerzas de dispersión de London) más fuertes entre ellas. Estas fuerzas requieren más energía para ser superadas, lo que se traduce en un punto de ebullición más alto.
Para alquenos de hasta 20 carbonos, los primeros miembros (etenos, propenos, butenos) son gases a temperatura ambiente. A medida que la cadena se alarga, se convierten en líquidos y, finalmente, en sólidos de bajo punto de fusión.
Fuente de datos: Valores generales y tendencias aproximadas de la literatura química.
Punto de Fusión (°C)
Similar al punto de ebullición, el punto de fusión de los alquenos también tiende a aumentar con el número de átomos de carbono. Sin embargo, la tendencia puede ser menos regular que la del punto de ebullición debido a la eficiencia del empaquetamiento de las moléculas en la red cristalina. Las moléculas con estructuras más simétricas o que pueden empaquetarse de manera más compacta tienden a tener puntos de fusión más altos.
Los alquenos con un número par de átomos de carbono a menudo tienen puntos de fusión ligeramente más altos que sus homólogos con un número impar, debido a un empaquetamiento más eficiente en el estado sólido.
Fuente de datos: Valores generales y tendencias aproximadas de la literatura química.
Densidad (g/mL)
La densidad de los alquenos líquidos es generalmente menor que la del agua (1 g/mL) y aumenta gradualmente con el incremento del número de átomos de carbono. Este aumento se debe a que, a medida que la cadena de carbono se alarga, la masa molecular aumenta más rápidamente que el volumen molar, lo que lleva a un incremento en la densidad.
Todos los alquenos son menos densos que el agua y, por lo tanto, flotarán sobre ella.
Fuente de datos: Valores generales y tendencias aproximadas de la literatura química.
Solubilidad
Los alquenos son compuestos no polares o muy ligeramente polares. Por lo tanto, son insolubles en agua (un disolvente polar) pero son solubles en disolventes orgánicos no polares, como éter, benceno, tetracloruro de carbono y otros hidrocarburos. La regla general "lo semejante disuelve a lo semejante" se aplica aquí.
Isomería Cis-Trans y Propiedades Físicas
La presencia de la isomería cis-trans (o geométrica) en los alquenos puede influir significativamente en sus propiedades físicas debido a las diferencias en la forma molecular y la polaridad. Los isómeros cis tienen los grupos voluminosos en el mismo lado del doble enlace, lo que a menudo resulta en una molécula con un momento dipolar neto y un empaquetamiento menos eficiente en el estado sólido. Por otro lado, los isómeros trans tienen los grupos voluminosos en lados opuestos, lo que tiende a hacer la molécula más simétrica, a menudo con un momento dipolar neto cercano a cero y un empaquetamiento más eficiente.
- Punto de Ebullición: Generalmente, los isómeros cis tienen puntos de ebullición ligeramente más altos que los trans. Esto se debe a que la menor simetría de los isómeros cis puede generar un momento dipolar neto, lo que lleva a interacciones dipolo-dipolo más fuertes entre las moléculas, requiriendo más energía para la ebulición.
- Punto de Fusión: Los isómeros trans suelen tener puntos de fusión más altos que los cis. La mayor simetría de los isómeros trans les permite empaquetarse de manera más eficiente en la red cristalina sólida, lo que resulta en fuerzas intermoleculares más fuertes y, por lo tanto, se necesita más energía para romper esa estructura.
- Densidad: Las densidades de los isómeros cis y trans son muy similares, pero en general, los isómeros cis tienden a ser ligeramente más densos que los trans debido a su empaquetamiento menos compacto.
Ejemplos de Isómeros Cis-Trans
A continuación, se presentan ejemplos de las propiedades físicas para pares de isómeros cis y trans:
| Compuesto | Punto de Ebullición (°C) | Punto de Fusión (°C) | Densidad (g/mL) |
|---|---|---|---|
| cis-2-Buteno | 3.7 | -138.7 | 0.641 (a 3.7 °C) |
| trans-2-Buteno | 0.9 | -105.5 | 0.626 (a 0.9 °C) |
| cis-2-Penteno | 36.9 | -151.4 | 0.6556 (a 20 °C) |
| trans-2-Penteno | 36.3 | -140.2 | No disponible |
Fuente de datos: PubChem y otras fuentes de química general. Los valores de densidad pueden variar ligeramente con la temperatura y son para el estado líquido.
Gráfica Interactiva de Propiedades (Alquenos Lineales)
Selecciona una propiedad para visualizar su tendencia en función del número de átomos de carbono.
Fuente de datos: Tendencias generales de la literatura química, con datos específicos de PubChem para algunos compuestos.
Gráfica Interactiva de Isómeros Cis-Trans
Selecciona una propiedad para visualizar las diferencias entre los isómeros cis y trans.
Fuente de datos: PubChem y otras fuentes de química general.
Análisis y Tabla Comparativa de Isómeros C₆H₁₂
Explora los datos y entiende las tendencias. Haz clic en los encabezados de la tabla para ordenarla.
Análisis de las Propiedades Físicas
1. Punto de Ebullición
El punto de ebullición está directamente relacionado con la fuerza de las interacciones intermoleculares (fuerzas de van der Waals). Moléculas con mayor superficie de contacto tienen puntos de ebullición más altos.
-
Efecto de la Ramificación: A medida que aumenta la ramificación, el punto de ebullición tiende a disminuir. Las ramificaciones hacen la molécula más compacta, disminuyendo la superficie de contacto.
Ejemplo: 1-Hexeno (63 °C) vs. 3,3-Dimetil-1-buteno (41 °C).
Excepción: 2,3-Dimetil-2-buteno (73 °C) tiene el punto de ebullición más alto debido a su estructura simétrica y estable que permite un empaquetamiento eficiente, a pesar de ser ramificado, posee una simetría molecular que le permite un empaquetamiento cristalino más eficiente en estado sólido o un contacto intermolecular más cercano en estado líquido. Esto maximiza las fuerzas de van der Waals, lo que se traduce en un punto de ebullición inesperadamente alto en comparación con otros isómeros ramificados e incluso algunos no ramificados de masa molecular similar. -
Efecto de la Isomería Cis/Trans: Los isómeros cis suelen tener un punto de ebullición ligeramente superior al de sus contrapartes trans debido a que presentan un momento dipolar neto (polaridad).
Ejemplo: (Z)-2-Hexeno (cis) (69 °C) vs. (E)-2-Hexeno (trans) (68 °C).
Comprendiendo los Puntos de Ebullición
1-Hexeno
Fórmula molecular: C₆H₁₂
Estructura Lineal (Cadena Recta)
CH₂=CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃
El 1-Hexeno es un alqueno de cadena lineal. Su estructura extendida permite un mayor contacto entre moléculas adyacentes.
3,3-Dimetil-1-buteno
Fórmula molecular: C₆H₁₂
Estructura Ramificada (Compacta)
CH₂=CH-C(CH₃)₂-CH₃
El 3,3-Dimetil-1-buteno es un isómero del 1-Hexeno, lo que significa que tiene la misma fórmula molecular pero una estructura diferente. Su estructura ramificada lo hace más esférico y compacto.
¿Por qué la diferencia? El efecto de la ramificación
Aunque ambas moléculas tienen la misma fórmula molecular (son isómeros), sus estructuras son muy diferentes. Esta diferencia estructural afecta directamente sus puntos de ebullición.
Mayor área de contacto intermolecular
Menor área de contacto intermolecular
Las moléculas de cadena recta, como el 1-Hexeno, pueden alinearse y empaquetarse de manera más eficiente. Esto resulta en una mayor área de superficie para el contacto entre moléculas vecinas.
Por otro lado, las moléculas ramificadas, como el 3,3-Dimetil-1-buteno, son más compactas y esféricas. Esta forma reduce significativamente el área de superficie disponible para el contacto entre moléculas.
Visualización del Empaquetamiento Molecular
Observa cómo la forma de cada molécula afecta su capacidad para empaquetarse eficientemente, influenciando el contacto intermolecular.
Empaquetamiento del 1-Hexeno (Cadena Recta)
Las moléculas lineales pueden alinearse y empaquetarse de forma compacta, maximizando el área de contacto.
Empaquetamiento del 3,3-Dimetil-1-buteno (Ramificado Asimétrico)
Las moléculas ramificadas y asimétricas tienen una forma más irregular, lo que dificulta un empaquetamiento eficiente y crea más espacios vacíos.
Empaquetamiento del 2,3-Dimetil-2-buteno (Ramificado Simétrico)
Aunque ramificado, su alta simetría le permite un empaquetamiento más eficiente que otros isómeros ramificados, resultando en FDL más fuertes.
Conclusión
En resumen, el punto de ebullición de los alquenos isómeros no solo depende de la ramificación, sino también de la forma general y la simetría de la molécula. Mientras que el 1-Hexeno (lineal) tiene un punto de ebullición de 63 °C y el 3,3-Dimetil-1-buteno (ramificado y asimétrico) tiene un punto de ebullición de 41 °C, el 2,3-Dimetil-2-buteno (ramificado pero altamente simétrico) tiene un punto de ebullición de 73 °C. Esto se debe a que su simetría le permite empaquetarse de manera más eficiente que otras moléculas ramificadas, fortaleciendo las Fuerzas de Dispersión de London y requiriendo más energía para la ebullición.
2. Punto de Fusión
El punto de fusión depende de la eficiencia con que las moléculas se empaquetan en una estructura cristalina. Las moléculas más simétricas se empaquetan mejor, resultando en puntos de fusión más altos.
-
Efecto de la Simetría: Las moléculas altamente simétricas tienen puntos de fusión más altos.
Ejemplo: 2,3-Dimetil-2-buteno (-74 °C) tiene el punto de fusión más alto por su gran simetría. En contraste, el asimétrico 3-Metil-1-penteno tiene el más bajo (-155 °C).
-
Efecto de la Isomería Cis/Trans: Los isómeros trans tienen puntos de fusión más altos que los cis porque su forma más lineal les permite empaquetarse de manera más eficiente en una red cristalina.
Ejemplo: (E)-3-Hexeno (trans) (-113 °C) vs. (Z)-3-Hexeno (cis) (-138 °C).
3. Densidad
Para isómeros (misma masa), la densidad depende de cuán compactamente se puedan empaquetar las moléculas.
-
Tendencia General: La densidad sigue una tendencia similar al punto de ebullición. Las moléculas que se empaquetan de forma más compacta son más densas.
Ejemplo: 2,3-Dimetil-2-buteno tiene la mayor densidad (0.708 g/cm³), mientras que el menos compacto 4-Metil-1-penteno tiene una de las más bajas (0.664 g/cm³).
| Nombre del Isómero | Punto de Fusión (°C) | Punto de Ebullición (°C) | Densidad (g/cm³) |
|---|
Fuente de datos: PubChem (para 1-Hexeno, (E)-2-Hexeno, (Z)-2-Hexeno, (E)-3-Hexeno, (Z)-3-Hexeno, 4-Metil-1-penteno, (E)-3-Metil-2-penteno), ChemicalBook (para 2-Metil-1-penteno, 2-Metil-2-penteno, (Z)-3-Metil-2-penteno, 3,3-Dimetil-1-buteno, 2,3-Dimetil-2-buteno) y literatura química general (para 3-Metil-1-penteno).
Comparación de Propiedades Físicas: Alcanos vs Alquenos
Utiliza el menú desplegable para seleccionar la propiedad que deseas comparar entre alcanos y alquenos.
Haz clic en los elementos de la leyenda (los cuadros de color "Alcanos" o "Alquenos") para mostrar u ocultar las barras correspondientes en la gráfica. Los valores de temperatura se comparan con el punto de congelación (0 °C) y ebullición (100 °C) del agua. Ten en cuenta que la barra del Butano (C4) tiene un punto de ebullición de -0.5 °C, por lo que aparecerá como una línea muy delgada cerca del eje cero.
Fuente de datos: PubChem. Los valores de densidad se indican a la temperatura de medición.
Guía de Estudio
Guía de Estudio Detallada: Propiedades Físicas de los Alquenos
Una guía interactiva para comprender las propiedades físicas de los alquenos.
Introducción a las Propiedades Físicas de los Alquenos
Esta guía de estudio está diseñada para revisar tu comprensión de las propiedades físicas de los alquenos, incluyendo su estado físico, puntos de ebullición y fusión, densidad y solubilidad. Se exploran los factores estructurales que influyen en estas propiedades, como el número de átomos de carbono, la ramificación y la isomería cis-trans.
La guía incluye:
- Preguntas de Prueba (10 preguntas de respuesta corta)
- Clave de Respuestas
- Preguntas Formato Ensayo (5 preguntas con sugerencias)
- Glosario de Términos Clave
Preguntas de Prueba
Instrucciones: Responde cada pregunta en 2-3 oraciones. Haz clic para ver la respuesta.
Preguntas Formato Ensayo
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Glosario de Términos Clave
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