Ciencia de Materiales. Capitulo 2. Parte 2

Enlaces atomicos primarios Enlaces atomicos secundarios Enlaces ionicos Enlaces covalente Enlaces metalicos Enlaces secundarios

Ciencia de Materiales:

Tipos de enlaces atomicos y enlacesmoleculares.

Juan Jose Reyes Salgado


Tipos de enlaces atomicos y enlaces moleculares.


I Intervienen fuerzas interatomicos relativamente grandes.

1 Enlaces ionicos:

I Transferencia de electrones de un atomo a otro produciendoiones.

I Se mantienen unidos por fuerzas culombianas.I Es un enlace no direccional relativamente fuerte.

2 Enlaces covalentes:

I Se comparten electrones para formar un enlace con unadireccion localizada.

3 Enlaces metalicos:

I Se comparten electrones en forma deslocalizada para formar unenlace fuerte no direccional entre los atomos.





1 Enlaces ionicos:

I Transferencia de electrones de un atomo a otro produciendoiones.










1 Enlaces ionicos:I Transferencia de electrones de un atomo a otro produciendo

iones.











iones.I Se mantienen unidos por fuerzas culombianas.

I Es un enlace no direccional relativamente fuerte.










iones.I Se mantienen unidos por fuerzas culombianas.I Es un enlace no direccional relativamente fuerte.





















2 Enlaces covalentes:I Se comparten electrones para formar un enlace con una

direccion localizada.





















3 Enlaces metalicos:I Se comparten electrones en forma deslocalizada para formar un

enlace fuerte no direccional entre los atomos.




I El dipolo en una molecula existe debido a la asimetrıa en ladistribucion de su densidad electronica.

1 Enlaces de dipolo permanente:

I Enlaces intermoleculares relativamente debiles.I Entre moleculas que tienen dipolos permanentes.

2 Enlaces de dipolos variables:

I Puede formarse un enlace dipolar debil.I Distribucion asimetrica de las densidades electronicas alrededor

de sus nucleos.I La densidad de electrones cambia con el tiempo.





1 Enlaces de dipolo permanente:

I Enlaces intermoleculares relativamente debiles.I Entre moleculas que tienen dipolos permanentes.








1 Enlaces de dipolo permanente:I Enlaces intermoleculares relativamente debiles.

I Entre moleculas que tienen dipolos permanentes.








1 Enlaces de dipolo permanente:I Enlaces intermoleculares relativamente debiles.I Entre moleculas que tienen dipolos permanentes.

















2 Enlaces de dipolos variables:I Puede formarse un enlace dipolar debil.

I Distribucion asimetrica de las densidades electronicas alrededorde sus nucleos.

I La densidad de electrones cambia con el tiempo.






2 Enlaces de dipolos variables:I Puede formarse un enlace dipolar debil.I Distribucion asimetrica de las densidades electronicas alrededor

de sus nucleos.

I La densidad de electrones cambia con el tiempo.






2 Enlaces de dipolos variables:I Puede formarse un enlace dipolar debil.I Distribucion asimetrica de las densidades electronicas alrededor





Enlace ionico en general

I Se forma entre elementos muy electropositivos (metalicos) ymuy electronegativos (no metalicos).

I Las fuerzas ionicas de enlace son debido a las fuerzas deatraccion electrostaticas entre iones con cargas opuestas.

I Se produce una disminucion neta de la energıa potencial paralos iones enlazados.






















Fuerzas interionicas

I Considerando un par de electrones con cargas opuestas.

I Se aproximan entre sı desde una distancia de separacion (a).

I El nucleo de un ion atraera la carga de la nube electronica delotro y viceversa.

I Cuando se aproximan mas sus dos nubes electronicasinteraccionaran y apareceran fuerzas de repulsion.

I Cuando se igualen las fuerzas de atraccion y repulsionmantienen una distancia interionica (a0)









































Fneta = Fatractivas + Frepulsivas





Aplicando la ley de Coulumb:

Fatractiva = −(Z1e)(Z2e)

4πε0a2= −Z1Z2e

2

4πε0a2

Z1Z2 = electrones cedidos y aceptados por lo atomos.

ε0 = 8.85 × 10−12C2/(Nm2) = permitividad en el vacıo.







4πε0a2= −Z1Z2e

2

4πε0a2



Frepulsiva = − nb

an+1

b y n son constantes obtenidas experimentalmente.







4πε0a2= −Z1Z2e

2

4πε0a2



Frepulsiva = − nb

an+1

b y n son constantes obtenidas experimentalmente.

Fneta = −Z1Z2e2

4πε0a2− nb

an+1




Problema

I Calcule la fuerza de atraccion culombiana (→←) entre un parde iones Na+ y Cl− que acaban de hacer contacto.Considerense que el radio de un ion Na+ es 0.095 nm y el delCl− es 0.181 nm.




Problema


SOLUCION:




Problema


SOLUCION:

Z1 = +1 para Na+ Z2 = −1 para Cl− e = 1.60× 10−19C




Problema


SOLUCION:

Z1 = +1 para Na+ Z2 = −1 para Cl− e = 1.60× 10−19Ca0 es la suma de los radios de los iones




Problema


SOLUCION:


a0 = 0.276nm × 10−9m/nm = 2.76× 10−10m




Problema


SOLUCION:


a0 = 0.276nm × 10−9m/nm = 2.76× 10−10m

Fatractiva = −Z1Z2e2

4πε0a2




Problema


SOLUCION:


a0 = 0.276nm × 10−9m/nm = 2.76× 10−10m

Fatractiva = −Z1Z2e2

4πε0a2

Fatractiva = +3.02× 10−9N




Energıas interionicas

Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an




Problema

Calcule la energıa potencial neta de un par de ionico sencilloNa+Cl− aplicando la ecuacion:

Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an(1)

y utilizando para b el valor obtenido para la fuerza de repulsioncalculada para el par ionico Na+Cl− en el problema anterior.Considere n = 9 para NaCl.




Problema


Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an(1)

y utilizando para b el valor obtenido para la fuerza de repulsioncalculada para el par ionico Na+Cl− en el problema anterior.Considere n = 9 para NaCl.SOLUCION:




Problema


Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an(1)


F = − nb

an+1




Problema


Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an(1)


F = − nb

an+1

− 3.02× 10−9N = − 9b

(2.76× 10−10m)10




Problema


Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an(1)


F = − nb

an+1

− 3.02× 10−9N = − 9b

(2.76× 10−10m)10

b = 8.59× 10−106Nm10




Problema

Para calcular la energıa potencial:




Problema


Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an




Problema


Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an

= −8.34× 10−19J + 0.92× 10−19J




Problema


Eneta = +Z1Z2e

2

4πε0a+

nb

an

= −8.34× 10−19J + 0.92× 10−19J

= −7.42× 10−19J




Disposicion de los iones en los solidos ionicos

I Cationes elementales son mas pequenos que sus atomos.

I Aniones elementales son mas grandes que sus atomos.

















I Cuando los iones se acomodan lo hacen sin preferencia.

I Atraccion de cargas electrostaticas de cargas simetricas esindependiente de la orientacion de las cargas.

I Acomodamiento gobernado por su disposicion geometrica y lanecesidad de mantener la neutralidad electrica.


















Energıas de enlace de solidos ionicos

I La disminucion en la energıa reticular se debe a que loselectrones de enlace en los iones mas grandes estan masalejados de la influencia atractiva de los nucleos positivos.




I Se forma entre elementos con pequenas diferencias deelectronegatividad.

I Cada uno de los dos atomos contribuye con un electron a laformacion del par de electrones del enlace y la energıa de losdos atomos asociados con el enlace covalente decrecen.

I En el enlace covalente pueden formarse enlaces multiples depares de electrones por un atomo consigo mismo o con otrosatomos.
















Enlace covalente en la molecula de H




Enlace covalente en la molecula de H




Enlace covalente en otras moleculas diatomicas




Enlace covalente en otras moleculas diatomicas




Enlace covalente en el C












Enlace covalente en moleculas que contiene C

Metano









Benceno




I Enlace entre metales solidos.

I En los metales los atomos estan ordenadas relativamente muyjuntos en un orden sistematico o estructura cristalina.

I En esta estructura los atomos estan tan juntos que suselectrones externos de valencia son atraıdos por los nucleos denumerosos vecinos.

I Los electrones no estan asociados a un nucleo en particular.

I Los electrones estan dispersos entre los atomos en forma deuna nube de carga electronica de baja densidad.

I Los metales estan constituidos por:

I Nucleos de iones positivos (atomos sin sus electrones devalencia).

I Electrones de valencia dispersos en forma de nube electronica.
































































I Los metales estan constituidos por:I Nucleos de iones positivos (atomos sin sus electrones de

valencia).










I Los metales estan constituidos por:I Nucleos de iones positivos (atomos sin sus electrones de

valencia).I Electrones de valencia dispersos en forma de nube electronica.







Propiedades y caracterısticas

I Las altas conductividades termica y electrica de los metales sebasan en que los electrones son libres para moverse a travesde la red cristalina.

I Los metales pueden deformarse considerablemente sinfracturas debido a que los atomos del metal se pueden deslizarunos sobre otros sin distorsionar totalmente la estructura deenlace metalico.

I No hay restricciones sobre pares de electrones.

I No hay restricciones sobre la neutralidad de carga.

I El enlace metalico es no direccional.

I Los niveles de energıa de los cristales metalicos multiatomicosdifieren de los de los atomos individuales.

I A medida que el numero de electrones de enlace aumenta, lasenergıas de enlace y los puntos de fusion de los metalestambien aumentan.






































































I La fuerza motriz para la formacion de enlace secundario es laatraccion de los dipolos electricos contenidos en los atomos omoleculas.

I Se crea un momento dipolar electrico al separar dos cargasiguales y opuestas.

I Los dipolos electricos se crean en los atomos o en lasmoleculas cuando existen centros con cargas positiva ynegativa.

I Momento dipolar se define como el valor de la cargamultiplicado por la distancia de separacion entre las cargas.

I µ es el momento dipolar.I q magnitud de la carga electrica.I d distancia de separacion entre los centros de carga.I A estos enlaces se les llama enlace de Van der Waals.
































µ = qd









µ = qd








Dipolos inducidos

I Atomos de gases nobles.

I Fuerzas de enlace aparecen debido a la distribucion asimetricade las cargas electricas.

I En un atomo la nube de carga electronica cambiara con eltiempo, creando un dipolo inducido.




Dipolos inducidos







Dipolos inducidos







Dipolos permanentes

I Se establecen fuerzas de enlace debiles entre las moleculasunidas en forma covalente.

I Molecula de metano CH4 no tiene ningun momento dipolar.

I Molecula de clorometano CH3Cl tiene disposicion tetraedricaasimetrica de los tres enlaces C-H y del enlace C-Cl.

I El puente de H es un caso especial de una interacciondipolo-dipolo permanece entre moleculas polares.

I El puente de H es importante para reforzar el enlace entrecadenas moleculares de algunos tipos de materialespolimericos.




Dipolos permanentes









Dipolos permanentes









Dipolos permanentes









Dipolos permanentes









Dipolos permanentes



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