Enlace Químico Enlace Sigma

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Instrucciones

  • A continuación se describen las diferentes formas de representación de la molécula utilizando Jsmol.
  • Haga clic en la (+) del cuadro verde para extenderlo y poder leer la descripción.

  • Para cerrar el cuadro, haga clic en el signo (-).

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.

Enlace Químico

Enlace Sigma (σ )

El ejemplo más sencillo de un enlace σ es el formado entre dos átomo de hidrógeno.

Primero, consideremos qué sucede con la energía entre dos átomos de H cuando se acercan entre sí desde una separación infinita.

Simulador

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La atracción de los electrones por el núcleo del otro átomo estabiliza el sistema hasta que estén tan cerca que los núcleos se empiecen a repeler. Esta es una situación de balance entre fuerzas atractivas entre el núcleo y los electrones, y repulsiones entre los electros, ver Figura abajo.

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Fuerzas de atracción y repulsión en una molécula

El estado de mayor estabilidad (menor energía) corresponde a la distancia de equilibrio del enlace H-H con longitud de 74 pm.

La diferencia de energía entre el estado más estable y la energía en la separación infinita (cero por definición) corresponde a la fuerza de enlace (o Energía de Disociación de Enlace -EDE-).

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Simulador

Simulador del orbital molecular σ de enlace y σ* de antienlace de la molécula de hidrógeno (H2): ... Hacer clic aquí

Simulador de los orbitales moleculares en la molécula de flúor (F2): ... Hacer clic aquí

La molécula de hidrógeno (H2)

Los orbitales atómicos de los dos átomos de hidrógeno, los orbitales 1s, están representados en el exterior por dos esferas azules. En el medio están las combinaciones en fase y fuera de fase para la molécula. Recuerde, la "fase" de un orbital surge de la expresión matemática que describe la forma del orbital. Esto es importante en el enlace, ya que los dos orbitales que formarán el enlace deben tener las mismas fases para superponerse y producir un nuevo orbital molecular de enlace. Si están "fuera de fase", no pueden superponerse y compartir electrones.

La combinación en fase (HA-1s + HB-1s) tiene una energía inferior a la de los orbitales 1s desde los que comenzamos y se llama orbital molecular de enlace, ya que es responsable de compartir la densidad electrónica entre los dos núcleos. Este orbital molecular es simétrico con respecto a la rotación alrededor de un eje sobre el cual se encuentran ambos núcleos de H, esto se denomina un orbital "sigma", es decir, orbital-σ.

La combinación fuera de fase (HA-1s - HB-1s) tiene una energía más alta que los orbitales 1s a partir de los cuales se inció. Restar los dos orbitales 1s produce un "nodo" en el orbital que, en este caso, es un plano perpendicular al eje internuclear a mitad de camino entre los dos átomos de H. Recuerde que un nodo es un punto donde la probabilidad de encontrar el electrón es cero. Este orbital se llama el orbital molecular anti-enlace ya que la presencia de electrones en este orbital causará la ruptura del enlace, es decir, pensar en el He2. Con un total de cuatro electrones, los orbitales de enlace y anti-enlace estarían ocupados y no habría ningún efecto de enlace neto entre los átomos. Esta es la razón por la que He2 no existe.

El orbital de antienlace-σ  también es simétrico con respecto a la rotación alrededor de un eje en el cual ambos núcleos H, por lo que también es un orbital-σ, pero debido a que es la combinación fuera de fase, se denomina "sigma- estrella "orbital es decir orbital-σ *.

Los electrones se "colocan" en los orbitales moleculares siguiendo las mismas reglas que para rellenar los orbitales en los átomos (es decir, primero el nivel de energía más bajo, emparejando los espines a medida que avanza). Esto significa que los dos electrones 1s entran en el orbital molecular de enlace, lo que resulta en la estabilización del sistema. Por lo tanto, dos átomos de H se combinan para volverse más estables como una molécula de H2.

Molécula de H2.

Simulador de formación de la molécula de H2 : ... Hacer clic aquí

Otros Simuladores

Otros simuladores

Simulador de los orbitales moleculares en la molécula de fluoruro  hidrógeno (H-F). Formación de un enlace sigma por traslape entre un orbital s y un orbital p: ... Hacer clic aquí

S Simulador de los orbitales moleculares en la molécula de hidrógeno (F2). Formación de un enlace sigma por traslape frontal de orbitales p: ... Hacer clic aquí

Simulador de formación del enlace σ

Simulador de las diferentes posibilidades de formación del enlace sigma : ... Hacer clic aquí

Guía de Estudio

Enlace Sigma

Cuestionario de Opción Múltiple

  1. ¿Qué sucede con la energía entre dos átomos de hidrógeno a medida que se acercan desde una separación infinita?
  2. ¿Cuál es la distancia de equilibrio del enlace H-H y a qué corresponde la diferencia de energía entre este estado y la separación infinita?
  3. ¿Qué dos condiciones deben cumplirse para que dos orbitales atómicos formen un orbital molecular de enlace?
  4. ¿Cómo se define un orbital sigma (σ) en términos de simetría?
  5. ¿Qué diferencia fundamental existe entre un orbital molecular de enlace y un orbital molecular de antienlace?
  6. ¿Qué indica la presencia de un nodo en un orbital molecular?
  7. ¿Por qué la molécula de He₂ no existe, según la teoría de orbitales moleculares?
  8. ¿Qué regla se sigue al "colocar" electrones en los orbitales moleculares?
  9. Menciona dos ejemplos de formación de un enlace sigma a partir de la superposición de diferentes tipos de orbitales atómicos.
  10. ¿Qué información se puede obtener al utilizar la opción "Dipolo molecular" en el simulador?

Clave de Respuestas

  1. La energía del sistema disminuye debido a la atracción de los electrones por el núcleo del otro átomo, estabilizando el sistema. Sin embargo, si los átomos se acercan demasiado, la repulsión entre los núcleos comienza a aumentar la energía.
  2. La distancia de equilibrio del enlace H-H es de 74 pm. La diferencia de energía corresponde a la fuerza de enlace o Energía de Disociación de Enlace (EDE).
  3. Los dos orbitales deben tener las mismas fases para superponerse y producir un nuevo orbital molecular de enlace.
  4. Un orbital sigma (σ) es un orbital molecular que es simétrico con respecto a la rotación alrededor del eje internuclear (el eje que conecta los dos núcleos).
  5. Un orbital molecular de enlace tiene menor energía que los orbitales atómicos originales y promueve la formación del enlace al compartir densidad electrónica entre los núcleos. Un orbital molecular de antienlace tiene mayor energía y su ocupación tiende a debilitar o romper el enlace.
  6. Un nodo en un orbital molecular es una región del espacio donde la probabilidad de encontrar un electrón es cero.
  7. En la molécula hipotética de He₂, habría cuatro electrones que ocuparían tanto el orbital de enlace sigma como el orbital de antienlace sigma, resultando en un efecto de enlace neto de cero y, por lo tanto, inestabilidad.
  8. Los electrones se colocan primero en los orbitales moleculares de menor energía, y se emparejan los espines a medida que se van llenando los orbitales.
  9. Ejemplos: la superposición frontal de dos orbitales s (como en H₂), la superposición frontal de un orbital s con un orbital p (como en H-F), y la superposición frontal de dos orbitales p (como en F₂).
  10. La opción "Dipolo molecular" en el simulador permite visualizar el momento dipolar resultante de la distribución de carga en toda la molécula, indicando si la molécula es polar o no.

Preguntas de Ensayo

  1. Describe detalladamente el proceso de formación de un enlace sigma en la molécula de hidrógeno (H₂), explicando la interacción de los orbitales atómicos, la formación de los orbitales moleculares de enlace y antienlace, y la relación con la energía del sistema.
  2. Explica la importancia del concepto de "fase" de los orbitales atómicos en la formación de un enlace sigma. ¿Qué ocurre cuando los orbitales se combinan en fase y fuera de fase? Ilustra tu respuesta con el ejemplo de la molécula de hidrógeno.
  3. Compara y contrasta las características de un orbital molecular de enlace sigma (σ) y un orbital molecular de antienlace sigma (σ*). Incluye en tu discusión la diferencia en energía con respecto a los orbitales atómicos originales y las implicaciones para la estabilidad molecular.
  4. Utilizando la información proporcionada sobre el simulador, describe cómo se podría utilizar esta herramienta para visualizar y comprender la formación de enlaces sigma en diferentes moléculas (por ejemplo, H₂, F₂, H-F). Menciona al menos tres funcionalidades específicas del simulador y cómo contribuyen a este entendimiento.
  5. Discute la relación entre las fuerzas de atracción y repulsión en la formación de un enlace químico, como el enlace sigma en la molécula de hidrógeno. Explica cómo se alcanza la distancia de equilibrio y cómo se define la energía de disociación del enlace en este contexto.

Glosario de Términos Clave

Enlace Sigma (σ): Un tipo de enlace covalente que se forma por la superposición frontal (a lo largo del eje internuclear) de dos orbitales atómicos. Es el tipo de enlace más fuerte y presenta simetría cilíndrica alrededor del eje del enlace.

Orbital Atómico: Una región del espacio alrededor del núcleo de un átomo donde es más probable encontrar un electrón con una energía específica. Se describen por números cuánticos y tienen formas características (s, p, d, f).

Orbital Molecular: Un orbital que resulta de la combinación de dos o más orbitales atómicos cuando los átomos se enlazan para formar una molécula. Los electrones en un orbital molecular están asociados con más de un núcleo.

Orbital Molecular de Enlace: Un orbital molecular que tiene menor energía que los orbitales atómicos originales que lo formaron. La ocupación de estos orbitales tiende a estabilizar la molécula.

Orbital Molecular de Antienlace: Un orbital molecular que tiene mayor energía que los orbitales atómicos originales que lo formaron. La ocupación de estos orbitales tiende a desestabilizar la molécula.

Fase de un Orbital: Una propiedad matemática de la función de onda que describe un orbital. Cuando los orbitales con la misma fase se superponen, la amplitud de la función de onda aumenta (interferencia constructiva), mientras que si tienen fases opuestas, la amplitud disminuye (interferencia destructiva).

Nodo: Una región del espacio en un orbital (atómico o molecular) donde la probabilidad de encontrar un electrón es cero.

Energía de Disociación de Enlace (EDE): La energía requerida para romper un enlace específico en una molécula en estado gaseoso y separar los átomos o fragmentos resultantes. También se conoce como fuerza de enlace.

Distancia de Equilibrio: La distancia internuclear a la cual la energía potencial de una molécula diatómica es mínima, lo que corresponde a la longitud del enlace estable.

Superposición Frontal: La interacción directa entre dos orbitales atómicos a lo largo del eje que conecta los dos núcleos, característica de la formación de un enlace sigma.