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.
Enlace Covalente
Formación de un enlace covalente
Los compuestos covalentes se forman cuando se combinan dos o más no metales.
Algunos compuestos covalentes binarios que se encuentran comúnmente son el agua, el (NH3), y el , CO2. En cada uno de estos compuestos covalentes están químicamente combinados dos elementos no metálicos diferentes.
Los compuestos covalentes son muy diferentes de los compuestos iónicos y presentan las siguientes características:
- La mayoría de los compuestos covalentes son líquidos o gases; algunos son sólidos blandos.
- Los compuestos covalentes, comparados con la mayoría de los compuestos iónicos, tienen densidades, puntos de fusión y de ebullición menores.
- Los compuestos covalentes, comparados con la mayoría de los compuestos iónicos, tienen densidades, puntos de fusión y de ebullición menores.
- Los compuestos covalentes son malos conductores del calor y la electricidad.
- y cuando se disuelven en agua, la mayoría no forman iones.
Enlace Covalente
Los no metales tienen altas electronegatividades, lo cual significa que tienen gran fuerza de atracción para los electrones del enlace químico. Por lo tanto, cuando los átomos no metálicos se enlazan mutuamente no ocurre transferencia de electrones sino que los comparten.
¡Atención!
Cuando un átomo de H se enlaza a otro átomo de H para formar un enlace sigma (σ), no puede ocurrir transferencia porque cada átomo de H tiene la misma capacidad de atraer electrones. En otras palabras, los dos átomos de H tienen la misma electronegatividad. En su lugar, los átomos de H comparten sus electrones y la nube electrónica se encuentra distribuida uniformemente entre ambos núcleos para adquirir la configuración estable del gas noble de dos electrones (isoelectrónica con el He). Se puede decir que los electrones compartidos pertenecen a ambos átomos simultáneamente.
Molécula de H2
Los enlaces covalentes se producen cuando el orbital del nivel exterior de otro átomo se superpone con el orbital del nivel exterior de otro átomo. En el H2, el orbital 1s del átomo de hidrógeno, se superpone con el orbital 1s de otro átomo de hidrógeno. Los orbitales superpuestos son regiones entre dos núcleos donde hay una alta probabilidad de encontrar electrones. Los enlaces covalentes, al igual que los enlaces iónicos, se producen por atracción entre partículas positivas (núcleos) y partículas negativas (electrones en los orbitales superpuestos).
En este ejemplo ambos átomos son iguales en su electronegatividad, por lo tanto, ninguno de los dos átomos tiene una fuerza de atracción mayor hacia el par de electrones compartido. Este tipo de enlace se conoce como enlace covalente no polar.
Traslape de orbitales s
A continuación se puede observar en la gráfica de la energía potencial de un sistema de dos átomos de H en función de la distancia internuclear, con una representación en la parte superior de los sistemas atómicos. En 1, lo átomos están muy alejados como para atraerse entre sí. En 2, cada núcleo atrae al electrón del otro átomo. En 3, la combinación de las atracciones núcleo- electrón y las repulsiones electrón-electrón y núcleo-núcleo da lugar a la energía mínima del sistema. La diferencia en energía entre los puntos 1 y 3 corresponde a la energía de enlace del H2 ( 432 KJ-mol). Esta se libera cuando el enlace se forma, y se absorbe cuando se rompe el enlace. La distancia internuclear en el punto 3 es la distancia de enlace del H2 (74 pm). Si los átomos se acercan, como en el punto 4, las repulsiones incrementan la energía del sistema y separan a los átomos otra vez al punto 3.
Distancia internuclear
Distancia distancia internuclear
Guía de Estudio
Enlace Covalente
Cuestionario
Responda brevemente las siguientes preguntas (2-3 frases cada una):
- ¿Qué tipo de elementos se combinan para formar compuestos covalentes? Mencione dos ejemplos comunes de compuestos covalentes binarios.
- ¿En qué se diferencia la formación de un enlace covalente de la formación de un enlace iónico en términos de transferencia de electrones?
- ¿Qué significa el término "electronegatividad" y cómo influye en la formación de un enlace covalente entre dos átomos no metálicos?
- ¿Qué es un enlace sigma (σ) y cómo se forma en la molécula de H₂? ¿Por qué este enlace en H₂ se considera no polar?
- Explique cómo se produce un enlace covalente en términos de la superposición de orbitales atómicos. ¿Qué representa la región de superposición?
- Describa brevemente la gráfica de energía potencial para la formación del enlace en H₂. ¿Qué representa el punto de energía mínima?
- ¿Qué información se puede obtener al utilizar la función "Superficie VDW" en el simulador molecular proporcionado?
- ¿Para qué sirve la opción "Dipolo molecular" en el simulador? ¿Qué indica sobre la distribución de carga en la molécula?
- ¿Qué utilidad tienen las opciones "Dadores y aceptores de puentes de hidrógeno" en el análisis de moléculas?
Clave de Respuestas
- Los compuestos covalentes se forman cuando se combinan dos o más no metales. Dos ejemplos comunes son el agua (H₂O) y el dióxido de carbono (CO₂).
- En la formación de un enlace covalente, los átomos no metálicos comparten electrones en lugar de transferirlos completamente como ocurre en los enlaces iónicos.
- La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer los electrones de un enlace químico hacia sí mismo. En los enlaces covalentes entre no metales, la diferencia en electronegatividad determina si el enlace es polar o no polar.
- Un enlace sigma (σ) es un tipo de enlace covalente que se forma por la superposición frontal de orbitales atómicos, como los orbitales 1s en el caso de la molécula de H₂. Se considera no polar porque ambos átomos de hidrógeno tienen la misma electronegatividad, por lo que comparten los electrones equitativamente.
- Un enlace covalente se produce cuando los orbitales del nivel exterior de dos átomos se superponen, creando una región entre los núcleos donde hay una alta probabilidad de encontrar los electrones compartidos.
- La gráfica de energía potencial muestra la energía del sistema de dos átomos de H en función de la distancia entre sus núcleos. El punto de energía mínima representa la distancia de enlace y la energía de enlace estable de la molécula de H₂.
- La función "Superficie VDW" muestra una representación del espacio que ocupa una molécula basándose en los radios de van der Waals de sus átomos, ilustrando cómo podría interactuar con otras moléculas.
- La opción "Dipolo molecular" muestra el momento dipolar resultante de toda la molécula, indicando si la molécula tiene una distribución de carga asimétrica (polar) o simétrica (no polar).
- Las opciones "Dadores y aceptores de puentes de hidrógeno" identifican los átomos dentro de una molécula que tienen la capacidad de formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas debido a la presencia de átomos electronegativos con pares de electrones libres y átomos de hidrógeno unidos a átomos electronegativos.
Preguntas de Ensayo
- Compare y contraste las propiedades generales de los compuestos covalentes con las de los compuestos iónicos, haciendo referencia a las diferencias en su formación y la naturaleza de sus enlaces.
- Explique detalladamente el proceso de formación de un enlace covalente en una molécula diatómica homonuclear (como F₂) y en una molécula diatómica heteronuclear con una ligera diferencia de electronegatividad (como HCl).
- Discuta la importancia del concepto de electronegatividad en la determinación del tipo de enlace químico que se forma entre dos átomos y cómo influye en la polaridad de los enlaces covalentes.
- Describa cómo las herramientas de simulación molecular, como las presentadas en el texto (visualización 2D/3D, superficie VDW, dipolo molecular), pueden ayudar en la comprensión de la estructura y las propiedades de las moléculas con enlaces covalentes.
- Analice la relación entre la superposición de orbitales atómicos y la formación de enlaces covalentes sigma (σ) y pi (π), y cómo estos tipos de enlaces contribuyen a la estructura y reactividad de las moléculas.
Glosario de Términos Clave
- Enlace Covalente:
- Un enlace químico que se forma por el compartimiento de uno o más pares de electrones entre dos átomos, generalmente no metálicos.
- Electronegatividad:
- La medida de la capacidad de un átomo para atraer los electrones de un enlace químico hacia sí mismo.
- Molécula Diatómica:
- Una molécula que contiene solo dos átomos, que pueden ser del mismo elemento (homonuclear) o de elementos diferentes (heteronuclear).
- Orbital Atómico:
- Una función matemática que describe el comportamiento ondulatorio de un electrón en un átomo y define la región del espacio donde es más probable encontrar el electrón.
- Superposición de Orbitales:
- La combinación espacial de orbitales atómicos de átomos diferentes que resulta en la formación de un orbital molecular y un enlace químico.
- Enlace Sigma (σ):
- Un tipo de enlace covalente que se forma por la superposición frontal de orbitales atómicos a lo largo del eje internuclear.
- Enlace Pi (π):
- Un tipo de enlace covalente que se forma por la superposición lateral de orbitales atómicos por encima y por debajo del eje internuclear.
- Polaridad del Enlace:
- Una medida de la desigualdad en el compartimiento de electrones en un enlace covalente, causada por una diferencia en la electronegatividad de los átomos enlazados.
- Dipolo Molecular:
- El momento dipolar total de una molécula, que resulta de la suma vectorial de los dipolos de enlace individuales y depende de la geometría molecular.
- Hibridación:
- El proceso de mezclar orbitales atómicos para formar nuevos orbitales híbridos con energías, formas y orientaciones más adecuadas para la formación de enlaces.
- Fuerzas Intermoleculares:
- Las fuerzas de atracción o repulsión que actúan entre moléculas. Los puentes de hidrógeno son un tipo específico de fuerza intermolecular.
- Superficie de Van der Waals (VDW):
- Una representación tridimensional del límite de una molécula basada en los radios de van der Waals de sus átomos.
- Potencial Electroestático Molecular (PEM):
- Una representación de la distribución de la carga electrónica en una molécula, mostrando regiones de potencial positivo y negativo.