UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGCAS DEPARTAMENTO ACADMICO DE QUIMICA ESCUELA DE FORMACIN PROFESIONAL DE BIOLOGA

LABORATORIO DE QUIMICA INORGANICA

QU-141 Prctica N 4
ENLACE QUIMICO- FUERZAS INTERMOLECULARES Profesor de Teora:-INGa BARBOZA PALOMINO, Gloria Ins.
-INGo INGA ZRATE, Pedro.

Profesor de Prctica:

-INGo INGA ZRATE, Pedro.

Alumnos Participantes: - ATME MAMANI, Cristian.

-CHACCERI SULCA, Roger Eugenio. -OCHOA LUDEA, Lito Manuel.

-SOTO TORRES, Jordy. - RAMIREZ IZARRA, yoel

Serie: 100 par. Da y hora de Prctica: Martes 10-1.p.m. Fecha de ejecucin:0909/2012. Fecha de entrega: 16/10/2012

AYACUCHO_PER 2012
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ENLACE QUIMICO FUERZAS INTERMOLECULARES

DEDICATORIA:
Con mucho cario y afecto a nuestros Padres, quienes nos brindan su apoyo Incondicional durante nuestra formacin Profesional.

1) Objetivos:
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- Diferenciar entre un enlace inico y covalente por conduccin de corriente elctrica en soluciones acuosas - Determinar las propiedades fsicas y qumica de algunas sustancias. - Ensayar y diferenciar un cambio fsico y qumico. - Realizar la configuracin electrnica .

INTRODUCCIN

Los elementos qumicos se combinan de diferentes maneras para formar toda una variedad de compuestos inorgnicos y orgnicos. Hay compuestos gaseosos, lquidos y slidos, los hay txicos e inocuos, mientras que otros son altamente benficos para la salud. Las propiedades de cada compuesto dependen del tipo de elemento qumico que lo forman, el modo cmo se enlazan (tipo de enlace qumico), la forma y geometra de los agregados atmicos (molculas) y de cmo estos interactan entre si. En 1916, el qumico alemn Walther Kossel expuso que en las reacciones qumicas ocurren prdida y ganancia de electrones por parte de los tomos, y por ello estos adquieren la configuracin electrnica de un gas noble. Sin duda Kossel se refera al enlace inico, y por lo tanto a los compuestos inicos. Posteriormente los qumicos norteamericanos Gilbert Newton Lewis e Irving Langmuir, cada uno en forma independiente estudiaron los compuestos inicos y no inicos (covalentes), comprobando que los tomos al formar enlace qumico adquieren en su mayora la estructura atmica de un gas noble (8 electrones en el nivel externo), lo que hoy se llama Regla del Octeto. En 1923, G. N. Lewis plantea su teora de enlace por pares de electrones y anuncia que el octeto se logra por medio de comparticin de electrones. Entonces a Kossel lo podemos considerar como el padre del enlace inico, y a Lewis el padre del enlace covalente. En 1926, Walter Heitler y Fritz London demostraron que el enlace covalente en la molcula de H2 se podra explicar mediante la mecnica cuntica. La mecnica cuntica describe muy bien a los tomos y estructura electrnica de los mismos; pero la situacin en la molcula es muy diferente debido a la mayor complejidad de esta, el aparato matemtico
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es mucho ms difcil de formular y los resultados menos fciles de obtener e interpretar. Hoy en da, los qumicos disponen de mtodos de clculo y de tcnicas experimentales muy sofisticadas que permiten conocer con exactitud la forma, geometra y dimensiones de las molculas.

I. I.1

REVISION BIBLIOGRAFICA CONCEPTO DE ENLACE QUMICO

El enlace qumico es la fuerza que mantiene unidos a los tomos (enlace interatmico) para formar molculas o formar sistemas cristalinos (inicos, metlicos o covalentes) y molculas (enlace intermolecular) para formar los estados condensados de la materia (slido y lquido), dicha fuerza es de naturaleza electromagntica (elctrica y magntica), predominante fuerza elctrica. I.1.1 PRINCIPIO FUNDAMENTAL Los tomos y molculas forman enlaces qumicos con la finalidad de adquirir un estado de menor energa, para asa lograr una condicin de mayor estabilidad. En el caso de los tomos, la estabilidad se reflejara en un cambio de su configuracin electrnica externa. Veamos la formacin de la molcula de HCl

La misma energa se requiere como mnimo para romper o disociar el enlace (energa de disociacin)

Con una grfica veamos la variacin de energa en la formacin del enlace.

I.1.2 NOTACION O FORMULA LEWIS Es la representacin convencional de los electrones de valencia (electrones que intervienen en los enlaces qumicos), mediante el uso de puntos o aspas que se colocan alrededor del smbolo del elemento.

En general para los elementos representativos (recordar que el numero de grupo indica el numero de electrones de valencia) tenemos: I.1.3 REGLA DEL OCTETO

G. N. Lewis, al estudiar la molcula de hidrgeno (H 2) not que cada tomo al compartir electrones adquiere dos electrones, o sea la estructura electrnica del gas noble Helio ( 2He) y comprob tambin que los dems tomos que comparten electrones al formar enlace qumico, llegan a adquirir la estructura electrnica de los gases nobles. Existen diferentes tipos de enlace qumico, basados todos ellos, como se ha explicado antes en la estabilidad especial de la configuracin electrnica de los gases nobles, tendiendo a rodearse de ocho electrones en su nivel ms externo. Este octeto electrnico puede ser adquirido por un tomo de diferentes maneras:

Enlace inico. Enlace covalente. Enlace metlico. Enlaces intermoleculares.

Es importante saber, que la regla del octeto es una regla prctica aproximada que presenta numerosas excepciones, pero que sirve para predecir el comportamiento de muchas sustancias.

CO2, con dos enlaces dobles. En la figura se muestran los 4 electrones de valencia del carbono, creando dos enlaces covalentes, con los 6 electrones en el ltimo nivel de energa de cada uno de los oxgenos, cuya valencia es 2. La suma de los electrones de cada uno de los tomos son 8, llegando al octeto. Ntese que existen casos de molculas con tomos que no cumplen el octeto y son estables igualmente. EXCEPCIONES CON LA REGLA DEL OCTETO: Los tomos de los elementos que se encuentran despus del segundo periodo de la tabla peridica, pueden acomodar ms de ocho electrones en su capa externa. Ejemplos de esto son los compuestos PCl5 y SF6.

Algunas molculas o iones sumamente reactivos tienen tomos con menos de ocho electrones en su capa externa. Un ejemplo es el trifluoruro de boro (BF3). En la molcula de BF3 el tomo de boro central slo tiene electrones a su alrededor.

Por ltimo, necesita subyacerse un punto: Antes de que se puedan escribir algunas estructuras de Lewis, se debe conocer la forma en que los tomos estn unidos entre s . Considrese por ejemplo el cido ntrico. Aunque la frmula del cido ntrico con frecuencia se representa como HNO3, en realidad el hidrgeno est unido a un oxgeno, no al nitrgeno. La estructura es HONO2 y no HNO3. Por lo tanto la estructura de Lewis es:

I.1.4

RESONANCIA

La Resonancia (denominado tambin Mesomera) en qumica es una herramienta empleada (predominantemente en qumica orgnica) para representar ciertos tipos de estructuras moleculares. La resonancia consiste en la combinacin lineal de estructuras de una molcula (estructuras resonantes) que no coinciden con la estructura real, pero que mediante su combinacin, nos acerca ms a su estructura real. El efecto es usado en una forma cualitativa, y describe las propiedades de atraccin o liberacin de electrones de los sustituyentes, basndose en estructuras resonantes relevantes, y es simbolizada por la letra R o M (a veces tambin por la letra K). El efecto resonante o mesomrico es negativo (-R/-M) cuando el sustituyente es un grupo que atrae electrones, y el efecto es positivo (+R/+M) cuando, a partir de la resonancia, el sustituyente es un grupo que libera electrones.

Ejemplos de sustituyentes -R/-M: acetilo - nitrilo - nitro Ejemplos de sustituyentes +R/+M: alcohol - amina

Efecto -R/-M.

Efecto +R/

+M.

La resonancia molecular es un componente clave en la teora del enlace covalente. Para su existencia es imprescindible la presencia de enlaces dobles o triples en la molcula. El flujo neto de electrones desde o hacia el sustituyente est determinado tambin por el efecto inductivo. El efecto mesomrico como resultado del traslape de orbital p (resonancia) no tiene efecto alguno en este efecto inductivo, puesto que el efecto inductivo est relacionado exclusivamente con la electronegatividad de los tomos, y su qumica estructural (qu tomos estn conectados a cules). Numerosos compuestos orgnicos presentan resonancia, como en el caso de los compuestos aromticos.

I.2

PARMETROS DE LA ESTRUCTURA MOLECULAR

I.2.1

ENERGA DE ENLACE

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Una reaccin qumica consiste en un nuevo reagrupamiento de los tomos de los reactivos para formar los productos. Esto supone la ruptura de ciertos enlaces y la formacin de otros nuevos. Si se conociesen las energas de estos enlaces, se podra calcular fcilmente la entalpa de reaccin. Se llama energa de enlace a la energa necesaria para romper un mol de dichos enlaces.

As, por ejemplo, la energa del enlace hidrgeno - cloro es la correspondiente a la reaccin: HCl(g) H(g) + Cl(g); DH = 431 kJ De donde resulta que su valor ser de 431 kJ/mol. Cuanto ms elevada sea la energa de enlace, ms fuerte y ms estable ser dicho enlace.
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A partir de las energas medias de enlace pueden calcularse aproximadamente las entalpas de reaccin entre sustancias gaseosas. En efecto, teniendo en cuenta que para la ruptura de enlaces hay que suministrar energa, mientras que al formarse nuevos enlaces se desprende energa, se deduce que: H = (energa de enlaces rotos) - (energa de enlaces formados) H: entalpia

I.2.2

LONGITUD DE ENLACE

La longitud de enlace es la distancia que existe entre los ncleos de dos tomos que estn enlazados de manera covalente, compartiendo uno o ms pares de electrones. La longitud de enlace est muy relacionado con la energa de enlace, debido a que dos tomos se unirn covalentemente slo si estando unidos su estado de energa es menor que estando separados. Pongamos por ejemplo dos tomos de hidrgeno, inicialmente separados por una cierta distancia. A medida que acercamos dichos tomos entre s, aparecern fuerzas de repulsin y de atraccin entre ellos, siendo stas ltimas las que predominarn, dado que el estado de energa de stos tomos enlazados covalentemente es menor que si estn separados, como se puede observar en la figura:

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La distancia entre los tomos es menor que la suma de sus radios de Van der Waals, debido a que al estar enlazados de manera covalente sus electrones no se repelen, sino que comparten el orbital atmico. Las longitudes de enlace se pueden medir mediante espectroscopa o con tcnicas de difraccin. En general, si el radio de un tomo es mayor, mayor ser la distancia de enlace que formar; la suma de los radios de enlace covalente de los tomos que forman esta unin da como resultado la longitud de enlace.

I.2.3

NGULO DE ENLACE

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Lo mismo que los del carbono, los enlaces covalentes de otros elementos estn orientados espacialmente en direcciones caractersticas. As, cualquier molcula en la que haya una secuencia de tres tomos tendr un determinado ngulo de enlace asociado al tomo central de la secuencia. La siguiente figura muestra algunos ngulos de enlace tpicos que se observan en varios compuestos covalentes. Los ngulos de enlace no son del todo invariables, sino que pueden sufrir ligeras deformaciones (hasta unos 10 grados) segn varen los requerimientos espaciales de los sustituyentes unidos al tomo central. Obsrvese, por ejemplo, en la figura siguiente, la diferencia de 6 grados entre el ngulo de enlace del oxgeno del agua y del ter metlico, CH 3O-CH3, cuyos grupos CH3 son ms voluminosos que los pequeos tomos de H del agua.

I.2.4

GEOMETRA MOLECULAR

Si pudiramos observar las molculas por dentro con un potente lente, veramos que los tomos que las conforman se ubican en el espacio en posiciones bien determinadas. El ordenamiento tridemensional de los tomos en una molcula se llama geometra molecular. En una molcula con enlaces covalentes hay pares de electrones que participan en los enlaces o electrones enlazantes, y electrones desapareados, que no intervienen en los enlaces o electrones no
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enlazantes. La interaccin elctrica que se da entre estos pares de electrones, determina la disposicin de los tomos en la molcula. Veamos algunos ejemplos.

La molcula de agua H2O posee dos enlaces simples O - H y yiene dos pares de electrones no enlazantes en el tomo de oxgeno. Su geometra molecular es angular.

La molcula de amonaco (NH3) presenta 3 enlaces simples N - H y posee un par de electrones no enlazantes en el nitrgeno. La geometra molecular es piramidal.

La molcula de metano (CH4) tiene cuatro enlaces simples C - H y ningn part de electrones

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enlazantes.

Su

geometra

molecular

es

tetradrica.

Cmo se puede saber la geometra de una molcula? En la actualidad se emplean diversos mtodos experimentales para conocer en forma precisa la estructura de una molcula particular. Pero en ocasiones basta con aplicar algunos mtodos sencillos para obtener una geometra molecular aproximada. Uno de los mtodos para predecir la geometra molecular aproximada, est basada en la repuslsin electrnica de la rbita atmica ms externa, es decir, los pares de electrones de valencia alrededor de un tomo central se separan a la mayor distancia posible para minimizar las fuerzas de repulsin. Estas repulsiones determinan el arreglo de los orbitales, y estos, a su vez, determinan la geometra molecular, que puede ser lineal, trigonal, tetradrica, angular y pirmide trigonal. Geometra lineal: Dos pares de electrones alrededor de un tomo centarl, localizados en lados opuestos y separdos por un ngulo de 180. Geometra planar trigonal: Tres pares de electrones en torno a un tomo central, separados por un ngulo de 120. Geometra tetradrica: Cuatro pares de electrones alrededor de un tomo central, ubicados con una separacin mxima equivalente a un ngulo de 109,5. Geometra pirmide trigonal: Cuatro pares de electrones en torno a un tomo centra, uno de ellos no compartido, que se encuentran separados por un ngulo de 107. Geometra angular: Cuatro pares de electrones alrededor de un tomo central, con dos de ellos no compartidos, que se distancian en un ngulo de 104,5.

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I.3

FUERZAS INTERMOLECULARES

Las fuerzas intermoleculares, fuerzas de atraccin entre molculas a veces tambin reciben el nombre de enlaces intermoleculares aunque son considerablemente ms dbiles que los enlaces inicos, covalentes y metlicos. Las principales fuerzas intermoleculares son

Enlace de Hidrgeno (antiguamente conocido como Puente de Hidrgeno) Fuerzas de Van der Waals. Que podemos clasificar a su vez en:
o o o

Dipolo - Dipolo. Dipolo - Dipolo inducido. Fuerzas de dispersin de London. I.3.1 ENLACE PUENTE DE HIDROGENO

Los puentes de hidrgeno constituyen un caso especial de interaccin dipolo-dipolo (Figura de la derecha). Se producen cuando un tomo de hidrgeno est unido covalentemente a un elemento que sea muy electronegativo y con dobletes electrnicos sin compartir de muy pequeo tamao y capaz, por tanto, de aproximarse al ncleo del hidrgeno Estas condiciones se cumplen en el caso de los tomos de F, O y N. El enlace que forman con el hidrgeno es muy polar y el tomo de hidrgeno es un centro de cargas positivas que ser atrado hacia los pares de electrones sin compartir de los tomos electronegativos de otras molculas (Figura de la izquierda). Se trata de un enlace dbil (entre 2 y 10 Kcal/mol). Sin embargo, como son muy abundantes, su contribucin a la cohesin entre biomolculas es grande.

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La distancia entre los tomos electronegativos unidos mediante un puente de hidrgeno suele ser de unos 3 . El hidrgeno se sita a 1 del tomo al que est covalentemente unido y a 2 del que cede sus e- no apareados (Figura de la derecha).

Muchas de las propiedades fsicas y qumicas del agua se deben a los puentes de hidrgeno. Cada molcula de agua es capaz de dormar 4 puentes de hidrgeno, lo que explica su elevado punto de abullicin, ya que es necesario

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romper gran cantidad de puentes de hidrgeno para que una molcula de agua pase al estado gaseoso.

I.3.2 FUERZA DE WAN DER WAALS Tambin conocidas como fuerzas de dispersin, de London o fuerzas dipolotransitivas, corresponden a las interacciones entre molculas con enlaces covalentes apolares debido a fenmenos de polarizacin temporal. Estas fuerzas se explican de la siguiente forma: como las molculas no tiene carga elctrica neta en ciertos momentos se puede producir una distribucin en la que hay mayor densidad de electrones en una regin que en otra, por lo que aparece un dipolo momentneo. Cuando dos de estas molculas polarizadas y orientadas convenientemente se acercan lo suficiente entre ambas, pude ocurrir que las fuerzas elctricas atractivas sean lo bastante intensas como para crear uniones intermoleculares. Estas fuerzas son muy dbiles y se incrementan con el tamao de las molculas. [dipolo permanente] H-O-H----Cl-Cl [dipolo transitivo] Un ejemplo del segundo caso se encuentra en la molcula de cloro: (+) (-) (+) (-) [dipolo transitivo] Cl-Cl----Cl-Cl [dipolo transitivo] I.3.3 ATRACCIONES DIPOLO-DIPOLO Una atraccin dipolo-dipolo es una interaccin covalente entre dos molculas polares o dos grupos polares de la misma molcula si sta es
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grande. En la seccin anterior explicamos cmo se forman molculas que contienen dipolos permanentes cuando se enlazan simtricamente con tomos con electronegatividad diferente. Las molculas que son dipolos se atraen entre s cuando la regin positiva de una est cerca de la regin negativa de la otra. En un lquido las molculas estn muy cercanas entre s y se atraen por sus fuerzas intermoleculares. Las molculas deben tener suficiente energa para vencer esas fuerzas de atraccin, y hacer que el lquido pueda entrar en ebullicin. Si se requiere ms energa para vencer las atracciones de las molculas del lquido A que aqullas entre las molculas del lquido B, el punto de ebullicin de A es ms alto que el de B. Recprocamente, menores atracciones intermoleculares dan pie a puntos de ebullicin ms bajos. Las atracciones dipolo-dipolo, tambin conocidas como Keeson, por Willem Hendrik Keesom, quien produjo su primera descripcin matemtica en 1921, son las fuerzas que ocurren entre dos molculas con dipolos permanentes. Estas funcionan de forma similar a las interacciones inicas, pero son ms dbiles debido a que poseen solamente cargas parciales. Un ejemplo de esto puede ser visto en el cido clorhdrico:

Tambin se pueden dar entre una molcula con dipolo negativo y positivo al mismo tiempo, ms un tomo normal sin carga. I.3.4 FUERZAS DE LONDON Las fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son el resultado de la atraccin entre los extremos positivo y negativo de dipolos inducidos en molculas adyacentes.Incluso los tomos de los gases nobles, las molculas de gases diatmicos como el oxgeno, el nitrgeno y el cloro (que deben ser no polares) y las molculas de hidrocarburos no polares como el CH4, C2H6 tienen tales dipolos instantneos. La intensidad de las fuerzas de London depende de la facilidad con que se polarizan los electrones de una molcula, y eso depende del nmero de electrones en la molcula y de la fuerza con que los sujeta la atraccin nuclear. En general, cuantos ms electrones haya en una molcula ms fcilmente podr polarizarse. As, las molculas ms grandes con muchos electrones son relativamente polarizables. En
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contraste, las molculas ms pequeas son menos polarizables porque tienen menos electrones. Las fuerzas de London varan entre aproximadamente 0.05 y 40 kJ/mol. Cuando examinamos los puntos de ebullicin de varios grupos de molculas no polares pronto se hace evidente el efecto del nmero de electrones (Tabla 2). Este efecto tambin se correlaciona con la masa molar: cuanto ms pesado es un tomo o molcula ms electrones tiene: Resulta interesante que la forma molecular tambin puede desempear un papel en la formacin de las fuerzas de London. Dos de los ismeros del pentano el pentano de cadena lineal y el 2,2dimetilpropano (ambos con la frmula molecular C5H12)- difieren en su punto de ebullicin en 27 C. La forma lineal de la molcula de npentano, por su linealidad, permite un contacto estrecho con las molculas adyacentes, mientras que la molcula de 2,2-dimetilpropano, ms esfrica no permite ese contacto.

I.3.5

FUERZAS ION-DIPOLO

Estas son interacciones que ocurren entre especies con carga. Las cargas similares se repelen, mientras que las opuestas se atraen.
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Es la fuerza que existe entre un ion y una molcula polar neutra que posee un momento dipolar permanente. Las molculas polares son dipolos (tienen un extremo positivo y un extremo negativo. Los iones positivos son atrados al extremo negativo de un dipolo, en tanto que los iones negativos son atrados al extremo positivo), estas tienen enlaces entre s. La magnitud de la energa de la interaccin depende de la carga sobre el ion (Q), el momento dipolar del dipolo (), y de la distancia del centro del ion al punto medio del dipolo (d). Las fuerzas ion-dipolo son importantes en las soluciones de las sustancias inicas en lquidos. I.4 ENLACE INICO

El

sodio y el cloro unindose inicamente para formar cloruro de sodio.

La definicin qumica de un enlace inico es la una unin de tomos que resulta de la presencia de atraccin electrosttica entre los iones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo (baja energa de ionizacin) y otro fuertemente electronegativo (alta afinidad electrnica). Eso se da cuando en el enlace, uno de los tomos capta electrones del otro. Dado que los elementos implicados tienen elevadas diferencias de electronegatividad, este enlace suele darse entre un compuesto metlico y uno no metlico. Se produce una transferencia electrnica total de un tomo a otro formndose iones de diferente signo. El metal dona uno o ms electrones formando iones con carga positiva o cationes con una configuracin electrnica estable. Estos electrones luego ingresan en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anin, que tambin tiene configuracin electrnica estable. Son estables pues ambos, segn la regla del octeto adquieren 8 electrones en su capa ms exterior. La atraccin electrosttica entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un compuesto.
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Los compuestos inicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostticas. Este tipo de atraccin determina las propiedades observadas. Si la atraccin electrosttica es fuerte, se forman slidos cristalinos de elevado punto de fusin e insolubles en agua; si la atraccin es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusin tambin es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en lquidos apolares como el benceno.

I.4.1

PROPIEDADES

Enlace inico en el NaCl.

Algunas caractersticas de este tipo de enlace son:

Ruptura de ncleo masivo. Son slidos de estructura cristalina en el sistema cbico. Son enlaces resultantes de la interaccin entre los metales de los grupos I y II y los no metales de los grupos VI y VII. Son solubles, como en agua y otras disoluciones acuosas. Una vez fundidos o en solucin acuosa, s conducen la electricidad. En estado slido no conducen la electricidad. Si utilizamos un bloque de sal como parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionar. As tampoco funcionar una bombilla si utilizamos como parte de un circuito un cubo de agua, pero si disolvemos sal en abundancia en dicho cubo, la bombilla del circuito se encender. Esto se debe a que los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su signo) de la pila del circuito y por ello ste funciona. El enlace inico es fuerte, las Uret son muy exotrmicas, lo que implica que cuesta mucha energa romper la estructura cristalina al fundir. Es decir, tendrn puntos de fusin altos (entre 300 C o 1000 C)2 y ebullicin.
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Los cristales inicos son duros, porque el enlace es fuerte y se resisten bastante a ser rayados. Sin embargo, son frgiles. Esto es debido a que un golpe puede originar un desplazamiento de los planos de los iones y, al dejar enfrentados iones de igual signo, dara lugar a una fractura en el cristal por fuerzas repulsivas electrostticas.. Se disuelven en disolventes polares, porque los dipolos de estos disolventes rodean a los iones de la red cristalina y los van "arrancando" de la red.

I.4.2 ENERGIA RETICULAR La energa reticular o energa de red es la energa requerida para separar completamente un mol de un compuesto inico en sus iones gaseosos. En otras palabras, es la energa que se obtendra de la formacin de un compuesto inico a partir de sus iones gaseosos. Muestra la estabilidad de la red cristalina. La energa reticular presenta dimensiones de energa/mol y las mismas unidades que la entalpa estndar (Ho), pero de signo contrario, es decir kJ\ /mol. No es posible medir la energa reticular directamente. Sin embargo, si se conoce la estructura y composicin de un compuesto inico, puede calcularse, o estimarse, mediante la ecuacin que proporciona el modelo inico y que se basa entre otras leyes en la Ley de Coulomb. Alternativamente, se puede calcular indirectamente a travs de ciclos termodinmicos. I.4.3 MODELO IONICO El modelo inico, es decir, el que considera al slido inico como formado por cationes y aniones unidos por fuerzas electrostticas, es un caso lmite de enlace en slidos y es vlido, solamente, cuando existe una gran diferencia de electronegatividad entre ambos elementos. En un slido idealmente inico, los electrones se encuentran completamente localizados en los iones correspondientes y sujetos slo a la influencia de sus ncleos respectivos. No existe deslocalizacin de electrones como en el caso de los slidos metlicos ni comparticin de los mismos como en los slidos covalentes. Como consecuencia de esta estricta localizacin de los electrones, los slidos inicos no conducen la corriente elctrica, por lo que son aislantes.
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La ecuacin que resulta de aplicar dicho modelo resulta ser:

Donde Na es el nmero de Avogadro, A la constante de Madelung, que vara dependiendo de la estructura del compuesto inico, Z + la carga del catin y Z la carga del anin, q la carga del electrn, 0 la permitividad del vaco, d0 la distancia entre el anin y el catin y n los exponentes de Born.

I.4.4 CICLO DE BORN-HABER

Ciclo de BornHaber para el NaCl.

La energa de red tambin se puede determinar experimentalmente de un modo indirecto aplicando la ley de Hess, que es un caso particular del primer principio de la termodinmica. En este caso se usa el llamado ciclo de Born-Haber que consiste en evaluar un ciclo termodinmico que es el resultado de considerar, o bien la energa puesta en juego en la formacin del compuesto inico slido por un camino directo, es decir, a partir de los elementos que forman el compuesto en su estado estndar, o bien la energa transferida en la formacin de dicho compuesto a partir
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de sus elementos en estado estndar pero a travs de un camino indirecto que comprende varias etapas: 1. Proceso de formacin de tomos en estado gaseoso a partir de los elementos en su estado estndar. En esta etapa generalmente habr que tener en cuenta energas asociadas a la sublimacin, vaporizacin o disociacin de los elementos que formarn el compuesto inico, y que depender del estado de agregacin en el que estos se encuentren. 2. Formacin de los iones estables, que se encuentran en el retculo inico, a partir de los elementos en estado gaseoso. Estn implicadas la energa de ionizacin y la afinidad electrnica de dichos elementos.
3. Formacin de la red cristalina a partir de los iones estables

gaseosos. Es una energa desprendida cuando se forma un compuesto inico a partir de un metal y un no metal.

I.5

ENLACE COVALENTE

Enlace covalente polar hidrgeno y carbono: metano.

Un enlace covalente se produce por el compartimiento de electrones entre dos o ms tomos. La diferencia de electronegatividades entre los tomos no es suficientemente grande como para que se efecte una transferencia de electrones. De esta forma, los dos tomos comparten
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uno o ms pares electrnicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos o no metales. A diferencia de lo que pasa en un enlace inico, en donde se produce la transferencia de electrones de un tomo a otro; en el enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos tomos. En el enlace covalente, los dos tomos no metlicos comparten uno o ms electrones, es decir se unen a travs de sus electrones en el ltimo orbital, el cual depende del nmero atmico en cuestin. Entre los dos tomos pueden compartirse uno, dos o tres pares de electrones, lo cual dar lugar a la formacin de un enlace simple, doble o triple respectivamente. En la representacin de Lewis, estos enlaces pueden representarse por una pequea lnea entre los tomos. I.5.1 POLARIDAD Y APOLARIDAD

MOLCULA POLAR Es polar aquella distribucin de las carcter dipolar de ciertas molculas depende de la presencia de enlaces polares en su estructura, aunque pueden existir molculas con enlaces polares pero que sin embargo no tengan momento dipolar neto debido a una distribucin simtrica de las cargas, caso del metano. Es necesaria cierta asimetra para que los componentes de los momentos dipolares generadas en cada uno de los enlaces polares no se cancelen y por ende exista polaridad. El carcter polar de una molcula, es medido por el momento dipolar, el cual es igual a la suma de cada uno de los momentos dipolares originados en cada uno de los enlaces polares de la molcula. Las molculas polares se disuelven fcilmente en disolventes polares y no lo hacen sin embargo en disolventes no polares. El disolvente polar por excelencia es el agua, as que las sustancias polares son hidrosolubles o hidrfilas, mientras las no polares son hidrfobas. La polaridad elctrica es un factor esencial de la organizacin de las molculas biolgicas en estructuras supramoleculares, como las membranas de bicapa, estructuradas por molculas de lpidos que tienen una parte polar y otra no polar (molculas anfipticas).

MOLCULAS APOLARES

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Las molculas apolares estn formadas por tomos de no metal unidos por enlaces covalentes, siempre que no exista entre ellos una diferencia de electronegatividad importante. En la prctica, las molculas apolares pueden ser:

Molculas covalentes formadas por tomos iguales. Ejemplos: hidrgeno (H2); oxgeno (O2); nitrgeno (N2); azufre (S8). Molculas covalentes formadas por tomos de parecida electronegatividad. Por ejemplo, molculas formadas por carbono (C) e hidrgeno (H): metano (CH4); butano (C4H10); ciclohexano (C6H12). Molculas formadas por tomos de diferente electronegatividad pero con una estructura simtrica tal que se anula la polaridad: dixido de carbono (CO2); tetracloruro de carbono (CCl4); disulfuro de carbono (CS2); acetona (H3C-CO-CH3) o dimetilter (H3C-O-CH3). I.5.2 PROPIEDADES

Hay que distinguir entre aquellos en los que la formacin de enlaces de tipo covalente da lugar a compuestos moleculares y otros en los que se forman redes tridimensionales: Las redes covalentes se forman por tomos que se unen entre s por uniones covalentes, por ello la fuerza de unin es fuerte. Las propiedades de este tipo de compuesto vendrn definidas por este hecho: o Presentan elevados puntos de fusin (generalmente subliman si se sigue calentando) o Muy poco solubles en cualquier tipo de disolvente.
o o

Suelen ser duros. Suelen ser malos conductores de la electricidad.

Son sustancias de este tipo el diamante, SiO 2 (cuarzo), carburo de silicio (Si2C), nitruro de boro (BN), etc. Las sustancias covalentes moleculares se caracterizan porque sus tomos se unen mediante enlaces covalentes, pero forman entidades moleculares individuales. stas interaccionan entre s mediante fuerzas intermoleculares, siendo el tipo de fuerza intermolecular presente la responsable de las propiedades que presentan las sustancias: o Se pueden presentar en estado slido, lquido o gaseoso a temperatura ambiente. En general, sus puntos de fusin y ebullicin no son elevados, aunque sern mayores cuando
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las fuerza intermolecular que une a las molculas sea ms intensa. Suelen ser blandas y elsticas, pues al rayarlas slo se rompen las fuerzas intermoleculares. La solubilidad es variable, siendo solubles en disolventes de polaridad similar. Los compuestos polares se disuelven en disolventes polares, los apolares en los disolventes apolares. En general, son malos conductores de la electricidad. Aunque la conductividad elctrica se ve favorecida si aumenta la polaridad de las molculas.

Son muchas las sustancias de este tipo: H 2, Br2, H2O, NH3, compuestos orgnicos, etc. I.6 ENLACE METLICO

Enlace metlico en el Cobre. Un enlace metlico es un enlace qumico que mantiene unidos los tomos (unin entre ncleos atmicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de stos como una nube) de los metales entre s. Estos tomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de lneas tridimensionales que adquieren estructuras tales como: la tpica de empaquetamiento compacto de esferas (hexagonal compacta), cbica centrada en las caras o la cbica centrada en el cuerpo. En este tipo de estructura cada tomo metlico est dividido por otros doce tomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo). Adems, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extrados de sus orbitales. Este enlace slo puede estar en sustancias en estado slido. 2) Materiales y equipos: a) equipo de electricidad. b) vaso precipitado de 100ml.
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c) vaso precipitado de 150ml. d) vaso precipitado de 50ml. e) pipeta f) tubos de ensayo. 3) Reactivos empleados

a) NaOH (hidrxido de sodio).

b) HCL (cido clorhdrico).

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c) C2H5O (etanol)

d) sacarosa.

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e) NaCl (cloruro de sodio).

f) CH3-CO-CH3 (acetona).

g) Al2 (SO)4.

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h) NH4OH (hidrxido de amonio). i) grafito j) zinc. k) cobre.

l) hiero. m) vidrio.

PROCESO EXPERIMENTAL:
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ENSAYO 1: ESTUDIO DEL ENLACE IONICO Y COVALENTE POR CONDUDCION DE LA CORIENTE ELECTRICA. Arme el siguiente equipo:

1. En un vaso de precipitado agregue aproximadamente 100 MI. De

solucin 0,1M. 2. Introduzca los electrones de cobre, mantenerlos separados y fijarlos.

3. Conecte el enchufe al toma corriente instalado. 4. Observe detenidamente la ampolla de luz (foco) (intensidad de
luminiscencia).

5. Desconecte el enchufe. 6. Extraer los electrodos en la solucin en prueba y enjuagar con agua
destilad, seque con papel filtro. Soluciones de: hidrxido de sodio diluido, cido clorhdrico diluido, etanol, azcar, cloruro de sodio, acetona, AL2 (SO4)3 Anote sus observaciones: Solucin Conductivida d elctrica Intensidad de luminiscenci a NaOH HCL Etanol Azcar NaCL Acetona AL2(SO4)3 Tipo de enlace

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Explique por qu el HCL aun cuando presenta enlace de tipo covalente polar conduce la corriente elctrica?

ENSAYO: 2

ETUDIO DEL ENLACE METALICO

(Demostrativo) Conecte el enchufe del equipo de conduccin al tomacorriente instalado. Realice contacto con los terminales estudio. Observe el foco y luego desconectar. Muestras de metal: alambre de cobre, un clavo de hierro, una barra delgado de zinc. (Elegir uno de ellos para la prueba). soluciones Conductivid ad Elctrica Intensidad de Luminiscenci a Tipo enlace de del conductor en el metal en

Hierro Vidrio Grafito Anote sus observaciones: Explique por qu los metales conducen la corriente elctrica

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ENSAYO: 03 FUERZAS INTERMOLECULARES 1. En dos tubos de ensayo coloque aproximadamente 1/2 mL de etanol y al tubo una pieza de azcar. Agite y anote sus observaciones. 2. En dos de ensayo coloque aproximadamente de etanol, luego al primer tubo aada 1ml de agua y al segundo tubo una pieza de cloruro de sodio. Agite y anote sus observaciones 3. En tres tubos de ensayo coloque aproximadamente 1ml de agua, luego al primer tubo aada una pieza de cloruro de sodio, al segundo tubo aada una pizca de glucosa y en este coso demostrativo, al tercer tubo una a dos gotas de H2SO4 (TRABAJE CON CUIDADO!). Agite y anote sus observe. OBSERVACION, DATOS EXPERIMENTALES: ENSAYO 1: ESTUDIO DEL ENLACE IONICO Y COVALENTE POR CONDUDCION DE LA CORIENTE ELECTRICA. Arme el siguiente equipo:

7. En un vaso de precipitado agregue aproximadamente 100 MI. De

solucin 0,1M. 8. Introduzca los electrones de cobre, mantenerlos separados y fijarlos.

9. Conecte el enchufe al toma corriente instalado. 10. 11. 12.

Observe detenidamente la ampolla de luz (foco) (intensidad de luminiscencia). Desconecte el enchufe.

Extraer los electrodos en la solucin en prueba y enjuagar con agua destilad, seque con papel filtro. Soluciones de: hidrxido de sodio diluido, cido clorhdrico diluido, etanol, azcar, cloruro de sodio, acetona, AL2 (SO4)3

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Anote sus observaciones: Solucin Conductivida d elctrica Intensidad de luminiscenci a fuerte fuerte nula nula fuerte nula nula Tipo de enlace

NaOH HCL Etanol Azcar NaCL Acetona AL2(SO4)3

si si nula nula si nula si

inico inico Covalente apolar Covalente apolar inico Covalente apolar inico

Explique por qu el HCL aun cuando presenta enlace de tipo covalente polar conduce la corriente elctrica? Porque la diferencia de electronegatividad es 0.96 lo que nos indica que es de carcter inico.

ENSAYO: 2 soluciones

ESTUDIO DEL ENLACE METALICO Conductivid ad Elctrica Intensidad de Luminiscenci a alta nula alta Tipo enlace de

Hierro Vidrio grafito

si no si

inico apolar inico

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zinc cobre

si si

alta alta

inico inica

Anote sus observaciones:

Hierro

Explique elctrica?

por qu

los metales

conducen

la corriente

Los mejores conductores de la corriente elctrica son los metales, porque ceden ms fcil que otros materiales los electrones que giran en la ltima rbita de sus tomos (la ms alejada del ncleo). Sin embargo, no todos los metales son buenos conductores, pues existen otros que, por el contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello se emplean como resistencia elctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se comporta de esa forma es el alambre nicromo (NiCr). El ms utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito elctrico es el cobre (Cu), por ser relativamente barato y buen conductor de la electricidad, al igual que el aluminio (Al). Sin embargo, los mejores metales conductores son el oro (Au) y la plata (Ag), aunque ambos se utilizan muy limitadamente por su alto costo.

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ENSAYO: 03 FUERZAS INTERMOLECULARES 1. En dos tubos de ensayo coloque aproximadamente 1/2 mL de etanol y al tubo una pieza de azcar. Agite y anote sus observaciones. 2. En dos de ensayo coloque aproximadamente de etanol, luego al primer tubo aada 1ml de agua y al segundo tubo una pieza de cloruro de sodio. Agite y anote sus observaciones 3. En tres tubos de ensayo coloque aproximadamente 1ml de agua, luego al primer tubo aada una pieza de cloruro de sodio, al segundo tubo aada una pizca de glucosa y en este coso demostrativo, al tercer tubo una a dos gotas de H2SO4 (TRABAJE CON CUIDADO!). Agite y anote sus observe. A. En dos tubos de ensayo coloque aproximadamente ml acetona, aade al primer tubo ml de etano y al segundo una pisca de azcar. Agite y anote sus observaciones.
ENSAYO 3: FUERZAS INTERMOLECULARES Tipo de Muestras a usar Etanol y acetona Azucar y acetona Agua y etanol NaCl y etanol NaCl y agua Glucosa y agua Agua y cido sulfrico Tipo de solubilidad Son solubles Insoluble Soluble Soluble Soluble Soluble Soluble Tipo de enlace Apolar-Apolar Apolar-apolar Puente de hidrogeno-polar Ion-polar Ion-puente de hidrogeno Polar-puente de hidrogeno Puente de hidrogeno-polar Tipo de fuerzas intermoleculares London London Dipolo-dipolo Ion-dipolo Ion-dipolo Dipolo-dipolo Dipolo-dipolo

Origen: Datos obtenidos en el laboratorio de qumica,2012.

SE PUEDE OBSERVAR:

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 Etanol +H2O = son miscibles / por lo que tienen el mismo enlace qumico covalente polar y presenta igual tipos de fuerzas.

Etanol +NaCl= son solubles/ porque tiene el mismo enlace qumico (covalente polar ) y presenta igual tipo de fuerza (dipolo- dipolo).

C. Entres tubos de ensayo coloque aproximadamente 1ml de agua luego al primer tubo aade una pizca de cloruro de sodio, al segundo tubo de ensayo una pizca de glucosa y en este caso demostrativo, al tercer tubo una o dos gotas de cido sulfrico . Agite y anote sus observaciones.

SE PUEDE OBSERVAR: H2O+ glucosa = son solubles / por lo que tienen el mismo enlace qumico (covalente polar) y presenta igual tipo de fuerza (dipolo- dipolo). H2O+ H2SO4 = Son miscibles / por que presenta el mismo enlace qumico (covalente polar) y presenta iguales fuerza (dipolo- dipolo).
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 H2O +NaCl = son solubles / porque tienen el mismo enlace qumico (covalente polar) y presenta igual fuerza (dipolo-dipolo). El agua es solvente polar ms comn y mejor estudiado, pero existen otros, como el acetonitrico, metanol, carbono de propileo, amoniaco, etanol y acetona. Estos solventes pueden ser usados para disolver compuestos inorgnicos como las sales. Todo ello involucra a diferentes tipos de interacciones moleculares: puente de hidrogeno, ion dipolo, atraccin dipolodipolo o fuerza. Los tres primeros pueden estar presentes en solventes polares. Las interacciones ion- ion solo puede suceder en solventes inicas, por ejemplo, en la fase fundida. Los procesos de solvencia solo estarn termodinmicamente favorecidos si la energa de formacin de la solucin es menor que la suma de energa libre de Gibbs de forma de solvente y soluto por separado.

CUESTIONARIO 1. indique el tipo compuestos. de enlace que presenta los siguientes

MgCl2: presenta un enlace inico y magnesio completo octeto. SO2: presenta un enlace covalente. C3H8: presenta un enlace covalente polar. KHCO3: presenta un enlace inico. NH3: Presenta un enlace covalente polar. Determine el % de carcter inico en los siguientes compuestos: El porcentaje de carcter inico se determina usando la frmula planteada en la gua de prctica de laboratorio de qumica (QU-141) correspondiente a este captulo. Porcentaje de carcter inico=16|xA-xB|+3,5|xA-xB|2

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a) CaBr2: porcentaje de carcter ionico=16(2,8-1,0)+3,5(2,81,0)2=40,14% EN(Ca)=1,0 EN(Br)=2,8 b) HClO: c) Fe2O3:porcentaje de carcter ionico=16(3.44-1.8)+3.5(3.441.8)2=35,65% EN(Fe)=1,8 EN(O)=3,44 d) Ag2O:porcentaje de carcter ionico=16(3.44-1.93)+3.5(3.441.93)2=32,14% e) EN(Ag)=1,93 EN(O)=3,44

3. que compuesto inico y compuesto estn en los res vivos? Qu funcin cumplen? La forma de un enlace, inico o covalente , implica una fuerza de atraccin entre los tomos que intervienen en la molcula estas energas de atraccin supone una disminucin del estado energtico. Ya que el sistema es ms estable tras la formacin de enlace, por lo tanto para romper los enlaces hay que suministrar energa los principales enlaces que se den en los ser vivos son de tipo covalente ( ya que los bioelementos ms abundantes tienen electronegatividad parecidas (C, H, O, S, P).

Discusin de resultados

Se comprob que el CuSO4 conduce electricidad ya que es un derivado del cobre, por ende, conductor de electricidad.
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Al unir los dos filamentos del foco con el grafito, ste condujo electricidad debido a que es un altropo del carbono, debido a esto conduce electricidad.

Utilizando el cobre al unir los filamentos del foco, se comprob que es un buen conductor de corriente elctrica al verificar que la luz que emitio el foco fue mayor a los experimentos anteriores.

CONCLUSION: En efecto los compuestos covalentes no polares si disuelve en compuesto covalentes polares por la presencia de fuerzas dipolo dipolo. En efecto los compuesto covalentes no polares si disuelven en compuesto covalentes no polares por la presencia de las fuerza de London, de igual manera los compuestos covalentes polares se disuelven en compuestos covalentes polares por la presencia de las fuerzas dipolo- dipolo.

BIBLIOGRAFIA TEXTOS VARIOS AUTORES QUMICA EXPERIMENTAL. Edit.Mercantil Ayacucho.1995. p..p. 71 a 72

HANS RUDOLF, Christen. QUMICA GENERAL Edit. Revert S.A. Barcelona Espaa. p.p. 87 97. INTERNET http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_qu%C3%ADmico
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http://gmein.uib.es/otros/enlacesjmol/2_enlacesjmol.htm corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/.../53-fuerzas-intermoleculares ar.answers.yahoo.com ... Ciencia y Matemticas Qumica www.escet.urjc.es/~ihierro/.../fuerzasintermoleculares.pdf es.wikipedia.org/wiki/Solvatacin www.escet.urjc.es/~ihierro/.../fuerzasintermoleculares.pdf http://bioquimicacetis110.blogspot.com/2009/02/elementos-ycompuestos-de-lamateria.html http://es.wikipedia.org/w/index.php? title=Fuerza_intermolecular&oldid=51665061 http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Enlace_i %C3%B3nico&oldid=51688129 http://es.wikipedia.org/w/index.php? title=Enlace_covalente&oldid=51746212 http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Enlace_met %C3%A1lico&oldid=51745429

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