Estructura Molecular

OBJETIVOS

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Reconocer de forma práctica, los distintos procedimientos aplicados a la simulación de efectos físicos de los modelos moleculares, partiendo del estudio teórico de dichos fenómenos que definen la química moderna.

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Obtener conocimientos necesarios para comprender distintos fenómenos químicos y así poder contar con requisitos cognitivos, para poder responder integralmente a situaciones que demande nuestro perfil profesional.

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Cumplir con los requisitos exigidos en los criterios de evaluación del curso, a fin de poder aprobarlo y disponer de los conocimientos adquiridos en nuestro futuro título profesional.

PROCEDIMIENTO PRÁCTICAS DE LABORATORIO 5 Y 6

Ingresar a la url del simulador, de acuerdo a la práctica a realizar

¿Se pudo ingresar a la url? No

Instale los plugins o actualice Java.

Si

Leer y entender la temática, de acuerdo a la práctica

¿Se entendió la temática? No

Estudie nuevamente los temas, busque material de estudio adicional.

Si

Realizar simulación, obtener gráfica y tabular los datos

Analizar datos y resultados

¿Se necesita otro simulador para el análisis? No

Realice el análisis matemático

Si

Ingresar a la url del simulador, de acuerdo a la práctica a realizar

FUNDAMENTACION TEORICA PRACTICA 5 E.Schrödinger (1927) basado en el concepto de dualidad onda-corpúsculo enunciado por L.de Broglie, formula la Mecánica Ondulatoria, y de W. Heisenberg la Mecánica de Matrices. Es así, como se continua ampliando el conocimiento de la estructura atómica, con el aporte de científicos de épocas anteriores y de su momento se fue consolidado la Mecánica Cuántica. En la actualidad, el modelo atómico que se admite es el modelo propuesto por la mecánica cuántica (modelo de Schrödinger). El modelo de Bohr utiliza un número cuántico (n) para describir la distribución de electrones en el átomo. El modelo de Schrödinger permite que el electrón ocupe un espacio tridimensional. Por lo tanto requiere tres números cuánticos para describir los orbitales en los que se puede encontrar al electrón. La descripción del átomo mediante la mecánica ondulatoria está basada en el cálculo de las soluciones de la ecuación de Schrödinger. En esta ecuación se aporta información sobre la posición del electrón, orbitales y se realiza aproximación con las órbitas de los modelos atómicos clásicos. Se representa la probabilidad de encontrar al electrón en un punto del espacio (x, y, z). Las variables de las funciones de onda se denominan números cuánticos: número cuántico principal, (n), angular (l) y número cuántico magnético (ml). Estos números describen el tamaño, la forma y la orientación en el espacio de los orbitales en un átomo. Así, el número cuántico principal (n) describe el tamaño del orbital, el número cuántico del momento angular orbital (l) describe la forma del orbital atómico. Cada combinación de los números cuánticos n, l y ml describe una solución de la ecuación de ondas. La solución más simple es aquella en la que n = 1, l = 0 y ml = 0, Ψ(1,0,0), y describe al electrón en el átomo en su estado fundamental (de menor energía). Cada una de estas funciones de onda para el átomo de hidrógeno corresponde a un orbital atómico.

1. Ingresar a la dirección http://phet.colorado.edu/en/simulation/hydrogen-atom 2. Empleando las herramientas disponibles observe las diferentes características que muestran cada uno de los modelos del átomo.

1 3

4

2

5 6

CONVENCIONES 1. Tipo de practica 2. Visualización de modelo atómico 3. Nivel de energía del electrón 4. Modelos atómicos 5. Espectrómetro de fotones 6. Longitud de onda

3. Determine la energía que puede ser liberada en los niveles energéticos y las diferencias posibles a partir de la modificación del tipo de luz.

Modelo atómico: Bohr

Para haz de luz UV los niveles energéticos varían su orbital desde n1, n2, n3 y n6

Para los siguientes tipos de luz UV solo mantiene un nivel de Energia n=1

4. Ingresa a la dirección http://iesbinef.educa.aragon.es/fiqui/Matomicos/orbitales.htm 5. Examine las propiedades de las funciones de onda para el átomo de hidrógeno.

Primer recuadro: Angular Segundo recuadro: Radial Tercer recuadro: mapa de densidad electrónica Cuarto recuadro: Cambio de números cuánticos

6. Desarrolle cada una de las actividades propuestas el simulador. Indica cuántos orbitales pueden existir En el primer nivel de energía n=50 En el segundo nivel de energía. L=49 S=0 P= -1, 0,+1 D= -2, -1, 0, +1, +2 F= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

ANALISIS DE RESULTADOS Mediante la ejecución de la practica se pudo aplicar los conceptos de cada numero cuántico y sus diferencias generadas en cada molécula, de igual manera mediante la aplicación de los conceptos en la practica se puede observar datos como el volumen de la molécula y su forma geométrica.

PRACTICA 6

Orbitales atómicos Los orbitales atómicos hacen parte del modelo mecano-cuántico del átomo, se basan en la descripción de los números llamados números cuánticos: n: Número cuántico principal. l: Número cuántico secundario o azimutal. m: Número cuántico magnético. s: Número cuántico de spin El concepto del solapamiento de los orbitales atómicos también se aplica a las moléculas poliatómicas. Sin embargo, un esquema satisfactorio del enlace también debe explicar la geometría molecular. La hibridación es una combinación lineal de Orbitales Atómicos (OA), para formar otros orbitales híbridos. Representa la distorsión de las nubes de carga electrónica de los átomos, para dar una distribución direccional distinta a la que tenían inicialmente. Orbitales moleculares La teoría del orbital molecular (OM) se centra en dar razón de cómo ocurre la combinación de orbitales atómicos de átomos diferentes y como ellos forman orbitales moleculares (OM) de manera que los electrones en esos orbitales pertenecen a una molécula como un conjunto. Los orbitales son representaciones de las densidades electrónicas donde se indican las regiones de las moléculas con mayor probabilidad de encontrar electrones. Existen: Orbital enlazante: Al solaparse en fase tiene lugar una interacción constructiva en la región entre los núcleos. La energía del orbital enlazante es más baja o estable que la energía de los orbitales que se combinan. Orbital antienlazante:

Al solaparse en fase de oposición la interacción destructiva reduce la probabilidad de encontrar electrones en la región entre los núcleos. Tiene energía más alta y menos estable que los orbitales atómicos iniciales.

Figura 1. Orbitales Moleculares Imagen tomada http://www.dfarmacia.com/farma/ctl_servlet?_f=37&id=13069634

de

Orden de enlace: La estabilidad de los enlaces covalentes se relaciona con el llamado orden de enlace que indica la fuerza del enlace. El orden de enlace (oe) se precisa como: 𝑜𝑒 =

(𝑁° 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠) − (𝑁° 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑒𝑛𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠) 2

Un orden de enlace de 1 representa un enlace sencillo, un orden de enlace 2 representa un enlace doble y un orden de enlace 3 un enlace triple. En la teoría de 1 3 5 los orbitales moleculares se pueden encontrar órdenes de enlace de , 𝑜 2 2

2

1. Ingresar a la dirección http://www.chm.davidson.edu/vce/AtomicOrbitals/hybrid.html 2. Revisar la información presentada en el simulador 3. Explique el significado de la existencia de orbitales híbridos en una molécula? 4. Revise las imágenes suministradas por el simulador y describa las diferencias entre los diferentes orbitales híbridos.

5. Ingrese a la dirección http://www.chm.davidson.edu/vce/AtomicOrbitals/hybridOrbitals.html 6. En este simulador desarrolle las actividades propuestas. A partir de ellas explique la relación de los orbitales híbridos y la geometría molecular. 7. Ingresar a la dirección http://www.chm.davidson.edu/vce/MolecularOrbitals/MO.html 8. Examinar cuidadosamente la información relacionada con los orbitales moleculares, seleccionar algunas moléculas y con ayuda del simulador analizar: 

Para cada orbital molecular, indicar si el orbital es σ, σ*, π, π*...



Para cada orbital molecular, identificar el orbital atómico u orbitales que formar el orbital molecular.



Para cada orbital molecular, identificar el átomo en qué el orbital es principalmente localizó. Si el orbital es igualmente distribuido alrededor de varios átomos, identificar cada átomo.



Escribir

la

configuración

electrónica

para

la

molécula.

Indicando

la

configuración del MO apropiados: σ1s,σ*1s ,σ2s…, de acuerdo al orden de llenado apropiado. 

Comparar la representación orbital molecular de la vinculación con el Lewis estructura y determinar el orden de enlace en cada caso.