Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM | Química

I 0 flashcards i 3 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS FONAMENTS DE QUÍMICA Grau en Biotecnologia Universitat Autònoma de Barcelona AprenAI 2026-2027 Apunts complets d'enllaç químic per a Fonaments de Química: estructures de Lewis, taula de geometries VSEPR, càlcul del moment dipolar, hibridació i TOM.

APREN.AI Índex 1 Tipus d'enllaç, estructures de Lewis i paràmetres d'enllaç Criteris de selecció per a estructures de Lewis Energia, força i distància d'enllaç 2 Geometria molecular (VSEPR) i polaritat Classificació de geometries bàsiques i derivades Polaritat de l'enllaç i moment dipolar 3 Teories de l'enllaç covalent: Teoria de l'Enllaç de València, hibridació i TOM Teoria de l'Enllaç de València (TEV) i tipus de solapament Hibridació d'orbitals atòmics Teoria dels Orbitals Moleculars (TOM) 4 Formulari Estructures de Lewis i paràmetres d'enllaç Geometria molecular (VSEPR) i polaritat Teories d'enllaç (TEV i hibridació) Errors típics Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 1 1 Tipus d'enllaç, estructures de Lewis i paràmetres d'enllaç EN ACABAR SABRÀS Distingir els tres grans tipus d'enllaç segons les càrregues. Aplicar els criteris de selecció per dibuixar l'estructura de Lewis més favorable. Relacionar l'ordre d'enllaç amb la distància i la força d'enllaç. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què un enllaç covalent triple entre dos àtoms és més curt que un enllaç simple? Els àtoms s'uneixen per formar entitats químiques més estables mitjançant diferents interaccions basades en càrregues elèctriques.

Tipus d'enllaç Interacció de càrregues Descripció general Enllaç iònic Positiu i negatiu ( i ) Atracció electroestàtica entre ions de signe oposat. Enllaç metàl·lic Positiu i positiu ( i ) Ions positius envoltats per un mar d'electrons deslocalitzats. Enllaç covalent Negatiu i negatiu ( i ) Compartició d'electrons entre àtoms no metàl·lics. Criteris de selecció per a estructures de Lewis Per seleccionar l'estructura de Lewis més representativa i estable entre diversos esquemes possibles, cal seguir unes regles de decisió jeràrquiques: + + + Àtom central: de manera general, se situa com a àtom central l'element més electropositiu de la molècula.

1 Regla de l'octet: en cas de dubte, es prioritza la distribució on tots els àtoms completin el seu octet. 2 Mínima càrrega formal: s'escull sempre l'estructura que minimitzi el nombre absolut de càrregues formals. 3 Distribució de càrregues formals: si hi ha càrregues formals inevitables, la càrrega negativa s'ha d'ubicar sobre l'element més electronegatiu i la positiva sobre el menys electronegatiu. 4 Ressonància: davant d'estructures equivalents, la que presenta un nombre més elevat d'estructures ressonants resulta ser la més estable.

5 Múltiples centres: si totes les propostes amb un únic àtom central acumulen excessives càrregues formals, cal assajar configuracions amb més d'un àtom central. 6 Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 2 ERROR FREQÜENT Ubicar càrregues formals negatives sobre àtoms electropositius o oblidar minimitzar les càrregues globals. Assignar la càrrega negativa a l'element més electronegatiu és fonamental per validar l'estructura més representativa. Energia, força i distància d'enllaç La força d'una unió covalent s'avalua quantitativament mitjançant la seva energia de dissociació. Com més gran és l'energia necessària per trencar la unió, més fort és l'enllaç.

D'altra banda, la distància d'enllaç correspon a la separació mitjana existent entre els dos nuclis dels àtoms enllaçats. PER RECORDAR-HO Existeix una relació inversa clau: a major ordre d'enllaç (enllaç simple 1, doble 2 o triple 3), menor és la distància d'enllaç i major és la seva força. COMPROVA-HO 2 Quina relació hi ha entre l'ordre d'un enllaç covalent i la distància internuclear dels àtoms implicats? PROCÉS Decisió per a l'estructura de Lewis 1 Àtom central Identificar l'element més electropositiu. 2 Completar octets Distribuir electrons assegurant octets quan sigui possible. 3 Minimitzar càrregues Buscar la configuració amb menor càrrega formal.

4 Assignar electronegativita t Càrregues negatives sobre els àtoms més electronegatius. IDEES CLAU L'enllaç covalent implica la compartició d'electrons entre àtoms amb càrregues relatives negatives. L'estructura de Lewis òptima prioritza l'octet, minimitza càrregues formals i situa les negatives a l'àtom més electronegatiu. A major ordre d'enllaç, disminueix la distància internuclear i augmenta l'energia de dissociació. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 3. Quin criteri regeix la posició de les càrregues formals negatives en una estructura de Lewis? 4. Com varia la distància d'enllaç quan passem d'un enllaç simple a un enllaç triple?

Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 3 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 5. Quin element se sol col·locar com a àtom central en una estructura de Lewis? 6. Com es mesura la força d'un enllaç covalent? 7. Què succeeix amb la distància d'enllaç en augmentar l'ordre d'enllaç? 8. Entre dues estructures de Lewis vàlides, quina és la més estable? 2 Geometria molecular (VSEPR) i polaritat EN ACABAR SABRÀS Identificar la geometria bàsica i derivada a partir de la fórmula de parells d'electrons. Relacionar la presència de parells d'electrons solitaris amb la distorsió dels angles teòrics.

Determinar si una molècula és polar o apolar mitjançant la suma vectorial de moments dipolars. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 9 Per què l'aigua té una forma angular en lloc de ser lineal si només té dos enllaços? La forma tridimensional de les molècules depèn de la repulsió entre els parells d'electrons de valència situats al voltant de l'àtom central (model VSEPR).

Classificació de geometries bàsiques i derivades Segons el nombre de parells electrònics totals i de parells no enllaçants ( ), es defineixen les geometries moleculars: Parells Tipus Geometria bàsica Geometria derivada Angles característics 2 Lineal Lineal El de menor radi a) El més electropositiu b) El més electronegatiu c) Sempre l'hidrogen d) Per la seva distància a) Pel nombre d'electrons b) Mitjançant l'energia de dissociació c) Pel radi covalent d) Disminueix a) Es duplica sempre b) Es manté constant c) Augmenta proporcionalment d) La que tingui més càrregues a) La que no té enllaços dobles b) La de menor volum c) La que té més ressonància d) E e AB 2 180 Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 4 Parells Tipus Geometria bàsica Geometria derivada Angles característics 3 Triangular plana Triangular plana 3 Triangular plana Angular 4 Tetraèdrica Tetraèdrica 4 Tetraèdrica Piràmide trigonal 4 Tetraèdrica Angular 5 Bipiràmide trigonal Bipiràmide trigonal i 5 Bipiràmide trigonal Cadira de muntar (balancí) Variable 5 Bipiràmide trigonal Forma de T 5 Bipiràmide trigonal Lineal 6 Octaèdrica Octaèdrica 6 Octaèdrica Piràmide de base quadrada 6 Octaèdrica Pla quadrada Esquema d'una geometria molecular lineal amb angle de 180°.

Esquema de geometria tetraèdrica amb angle d'enllaç de 109,5°. e AB 3 120 AB E 2 < 120 AB 4 109,5 AB E 3 < 109,5 AB E 2 2 < 104,5 AB 5 90 120 AB E 4 AB E 3 2 aprox. 90 AB E 2 3 180 AB 6 90 AB E 5 < 90 AB E 4 2 90 Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 5 Esquema de disposició bipiramidal trigonal amb angles de 90° i 120°. Polaritat de l'enllaç i moment dipolar Un dipol elèctric es produeix quan dues càrregues elèctriques de signe oposat ( i ) es troben separades a una distància determinada . Esquema d'un dipol elèctric i el seu vector dipolar.

El càlcul del vector del moment dipolar ve definit per l'expressió matemàtica: Per predir el caràcter polar global d'una molècula es realitzen tres comprovacions consecutives: DEFINICIÓ Si el sumatori de moments dipolars s'anul·la, = 0, la molècula és apolar. Si el vector resultant és distint de zero, eq 0, la substància és polar. ERROR FREQÜENT Confondre una molècula que té enllaços polars amb una molècula globalment polar. Si la geometria és altament simètrica (com en molècules sense parells solitaris o ), els moments dipolars es cancel·len vectorialment i la molècula és apolar ( ). q+ q r = μ q r Determinar la geometria molecular: deduir la disposició espacial segons el model VSEPR.

1 Avaluar la polaritat de cada enllaç: identificar la diferència d'electronegativitat individual dels enllaços. 2 Calcular la polaritat molecular global: sumar vectorialment els moments dipolars individuals de cada enllaç. 3 μ μ AB 2 AB 4 μ = 0 Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 6 COMPROVA-HO 10 Quina és la geometria derivada d'una molècula amb distribució tetraèdrica que posseeix dos parells d'electrons no enllaçants (tipus AB E )? ESQUEMA Geometries derivades d'electrons de valència IDEES CLAU El model VSEPR prediu la forma espacial considerant les repulsions entre parells enllaçants i no enllaçants.

La presència de parells no enllaçants distorsiona la geometria bàsica i redueix els angles d'enllaç ideals. El moment dipolar global depèn tant de la diferència d'electronegativitat dels enllaços com de la geometria simètrica o asimètrica. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 11. Quina geometria molecular derivada adopta una espècie de tipus AB E amb base tetraèdrica? 12. Com influeixen els parells d'electrons lliures en els angles d'enllaç? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 13. Quina és la geometria molecular d'una molècula tipus AB E ? 14. Quin angle d'enllaç caracteritza una geometria bàsica tetraèdrica perfecta (AB )?

Geometria tetraèdrica (4 parells) Distribució tetraèdrica base Tetraèdrica (AB ) Sense parells lliures, 109,5° Piràmide trigonal (AB E) 1 parell solitari, angle menor Angular (AB E ) 2 parells solitaris, angle molt reduït Angular a) Tetraèdrica b) Trigonal plana c) Lineal d) 180° a) 109,5° b) 90° c) 120° d) Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 7 15. Com es defineix matemàticament el moment dipolar d'enllaç? 16. Quina condició determina que una molècula sigui apolar? 3 Teories de l'enllaç covalent: Teoria de l'Enllaç de València, hibridació i TOM EN ACABAR SABRÀS Diferenciar els enllaços sigma i pi segons el seu tipus de recobriment orbital.

Identificar la composició dels enllaços simples, dobles i triples. Descriure les característiques geomètriques de les hibridacions sp, sp² i sp³. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 17 Com pot un àtom de carboni formar quatre enllaços idèntics si els seus orbitals p purs tenen formes i direccions diferents als s? Per explicar com es formen els enllaços a nivell quàntic i orbital s'utilitzen la Teoria de l'Enllaç de València (TEV) i la Teoria dels Orbitals Moleculars (TOM). Teoria de l'Enllaç de València (TEV) i tipus de solapament La TEV postula que l'enllaç covalent es forma pel recobriment d'orbitals atòmics d'energies similars i simetria compatible provinents d'àtoms diferents.

Enllaç tipus sigma ( ): generat per un solapament frontal d'orbitals. És el component present a l'enllaç simple. Enllaç tipus pi ( ): originat pel solapament lateral d'orbitals atòmics. Multiplicitat d'enllaç Components orbitals segons TEV Enllaç simple Enllaç doble Enllaç triple μ = q / r a) μ = q + r b) μ = q · r c) μ = r / q d) Tots els enllaços simples a) μ > 0 b) μ = 0 c) Absència d'àtoms centrals d) σ π 1σ 1σ + 1π 1σ + 2π Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 8 Diagrama de solapament frontal i lateral a la molècula de N . Un cas il·lustratiu el trobem en la molècula de dinitrogen ( ). L'àtom de nitrogen té configuració ( ).

L'enllaç triple s'aconsegueix amb un solapament frontal ( ) i dos de laterals ( ). Hibridació d'orbitals atòmics DEFINICIÓ Un orbital híbrid és el resultat de la mescla o combinació matemàtica de les funcions d'ona que descriuen dos o més orbitals atòmics purs d'un mateix àtom central. Segons el nombre d'orbitals atòmics combinats es produeixen diferents geometries orbitals d'hibridació: Hibridació sp: combinació d'un orbital s i un p, generant disposicions lineals a . Hibridació : mescla d'un orbital s i dos p orientats en una disposició triangular plana a . Hibridació : mescla d'un orbital s i tres p amb distribució tetraèdrica orientada a .

Esquema dels lòbuls orientats en una hibridació sp. N 2 1s 2s 2p 2 2 3 2p , 2p , 2p x 1 y 1 z 1 σ π 180 sp2 120 sp3 109,5 Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 9 Esquema d'orbitals híbrids sp² en disposició plana. Esquema d'orbitals híbrids sp³ amb orientació tetraèdrica. Teoria dels Orbitals Moleculars (TOM) La TOM estableix que els orbitals atòmics de simetria adequada i energies semblants provinents dels àtoms implicats es combinen globalment per generar nous orbitals moleculars. Aquests orbitals s'omplen progressivament per ordre creixent d'energia allotjant tots els electrons de la molècula. ERROR FREQÜENT Confondre els enllaços sigma i pi en dobles o triples enllaços.

Recorda: un enllaç múltiple només conté un enllaç frontal sigma ( ); els altres enllaços addicionals són solapaments laterals pi ( ). COMPROVA-HO 18 Quants enllaços sigma (σ) i pi (π) conté un enllaç triple segons la TEV? σ π Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 10 ESQUEMA Tipus d'hibridació d'orbitals IDEES CLAU La TEV descriu l'enllaç covalent a través del solapament d'orbitals atòmics amb energies i simetries adients. Els enllaços sigma sorgeixen de solapaments frontals, mentre que els pi procedeixen de solapaments laterals. La hibridació combina matemàticament orbitals atòmics per justificar les geometries experimentals observades.

La TOM proposa la creació d'orbitals moleculars deslocalitzats per a tota la molècula ordenats per nivell energètic. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 19. En què es diferencia el solapament d'un enllaç sigma del d'un enllaç pi? 20. Què és un orbital híbrid? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 21. Quin tipus de solapament genera un enllaç covalent de tipus sigma (σ)? 22. Quants enllaços pi (π) hi ha en un enllaç covalent doble? 23. Quina geometria espacial correspon a una hibridació tipus sp²?

Hibridació atòmica Combinació matemàtica d'orbitals purs Hibridació sp 1 s + 1 p, lineal (180°) Hibridació sp² 1 s + 2 p, triangular plana (120°) Hibridació sp³ 1 s + 3 p, tetraèdrica (109,5°) Solapament frontal a) Solapament lateral b) Atracció d'ions c) Deslocalització total d) Tres a) Cap b) Un c) Dos d) Octaèdrica a) Lineal b) Tetraèdrica c) Triangular plana d) Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 11 24. Segons la TOM, com s'omplen els orbitals moleculars?

4 Formulari Estructures de Lewis i paràmetres d'enllaç Fórmula o procediment Què significa cada símbol Quan s'utilitza Àtom central més electropositiu Completar octets Minimitzar càrregues formals Càrrega negativa a l'element més electronegatiu Més estructures ressonants Avaluar múltiples centres si cal Criteris jeràrquics de selecció de l'estructura més estable Per determinar l'estructura de Lewis més representativa d'una molècula o ió. : distància internuclear mitjana; : energia per trencar l'enllaç (força) Per relacionar la multiplicitat de l'enllaç (simple, doble, triple) amb la seva longitud i estabilitat.

Geometria molecular (VSEPR) i polaritat Fórmula o procediment Què significa cada símbol Quan s'utilitza Geometria VSEPR Polaritat de cada enllaç Suma vectorial de moments dipolars ( ) Procediment en 3 passos per avaluar el caràcter polar global Per determinar si una substància és apolar ( ) o polar ( ). : moment dipolar elèctric; : magnitud de les càrregues separades; : distància que separa les càrregues Per quantificar el dipol elèctric creat entre dos centres de càrrega oposada.

Només amb electrons s a) Per ordre creixent d'energia b) D'exterior a interior c) A l'atzar d) Ordre d'enlla ç d , E dissociacio ˊ d E dissociacio ˊ μ μ = 0 μ = 0 = μ q r μ q r Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 12 Teories d'enllaç (TEV i hibridació) Fórmula o procediment Què significa cada símbol Quan s'utilitza Enllaç simple: Enllaç doble: Enllaç triple: : recobriment frontal d'orbitals atòmics; : recobriment lateral d'orbitals atòmics Per descompondre els tipus de solapament orbital segons la Teoria de l'Enllaç de València.

sp (lineal, ) (triangular plana, ) (tetraèdrica, ) Combinació matemàtica d'un orbital s amb 1, 2 o 3 orbitals p purs Per predir la disposició espacial dels orbitals híbrids al voltant de l'àtom central. Errors típics Polaritat molecular: una molècula amb enllaços polars pot ser apolar si la seva geometria és altament simètrica i els vectors dipolars s'anul·len. Càrregues formals a Lewis: situar erròniament càrregues negatives sobre àtoms electropositius en lloc de col·locar-les sobre els més electronegatius. Enllaços múltiples segons la TEV: oblidar que un enllaç múltiple només conté un enllaç frontal ; els enllaços restants són sempre laterals .

1σ 1σ + 1π 1σ + 2π σ π 180 sp2 120 sp3 109,5 σ π Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 13 Solucions de les preguntes de repàs 1. Perquè en compartir més parells d'electrons, l'atracció electroestàtica entre els nuclis i la densitat electrònica és més intensa, escurçant la separació entre ells. 2. 3. La càrrega formal negativa s'ha de col·locar sobre l'àtom que tingui una electronegativitat més alta. 4. La distància d'enllaç disminueix significativament degut a l'augment de l'ordre d'enllaç. 5. b) El més electropositiu. Com a norma general de connectivitat, l'àtom menys electronegatiu (més electropositiu) ocupa la posició central. 6. c) Mitjançant l'energia de dissociació.

La força d'un enllaç es quantifica de manera directa a través de la seva energia de dissociació. 7. a) Disminueix. Un ordre d'enllaç superior atreu els nuclis amb més intensitat, reduint la distància interatòmica. 8. d) La que té més ressonància. Una molècula amb un nombre més gran d'estructures ressonants presenta una major estabilitat. 9. Perquè el seu àtom central d'oxigen té dos parells d'electrons no enllaçants que repel·leixen els enllaços cap avall, generant una geometria angular. 10. 11. Adopta una geometria de piràmide trigonal amb un angle menor a 109,5°. 12.

Provoquen una major repulsió electroestàtica sobre els parells enllaçants, tancant i reduint els angles d'enllaç respecte a la geometria ideal. 13. a) Angular. La disposició bàsica tetraèdrica amb dos parells lliures es tradueix en una geometria derivada angular. 14. b) 109,5°. La simetria tetraèdrica regular estableix una separació angular de 109,5° entre els seus enllaços. 15. c) μ = q · r. El mòdul del moment dipolar és el producte de la càrrega pel vector de distància (q · r). 16. c) μ = 0. Quan la suma vectorial de tots els moments dipolars s'anul·la completament (μ = 0), la substància és apolar. 17.

Mitjançant la hibridació: combina matemàticament els orbitals purs s i p per generar nous orbitals híbrids d'energia i forma equivalents. 18. 19. L'enllaç sigma és fruit d'un recobriment frontal d'orbitals al llarg de l'eix internuclear, mentre que el pi prové d'un recobriment lateral. 20. És una funció d'ona generada per la combinació matemàtica de dos o més orbitals atòmics d'un mateix àtom. 21. a) Solapament frontal. L'enllaç sigma es defineix exclusivament pel solapament frontal directe dels orbitals atòmics. 22. c) Un. Un enllaç doble es compon exactament d'un enllaç sigma (solapament frontal) i un sol enllaç pi (lateral). 23. d) Triangular plana.

La hibridació sp² barreja tres orbitals per formar una disposició trigonal plana a 120°. Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 14 24. b) Per ordre creixent d'energia. Els electrons ocupen els orbitals moleculars seguint l'ordre creixent dels seus nivells energètics. Enllaç Químic: Lewis, VSEPR, TEV i TOM " Química 15