Unidad 1:

Enlaces y
estructura
Ref: OpenAi, ChatGPT

La química orgánica es la rama de la química que se ocupa del estudio de los compuestos orgánicos, es
decir, aquellos que contienen carbono en su estructura molecular, junto con otros elementos como
hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, halógenos y otros.
Los compuestos orgánicos se encuentran en una gran variedad de sustancias naturales, como los
carbohidratos, las proteínas, los lípidos y los ácidos nucleicos, que son los componentes básicos de los
seres vivos. Además, los compuestos orgánicos también se encuentran en sustancias sintéticas y
artificiales, como los plásticos, los medicamentos, los pesticidas, los aditivos alimentarios y los
productos petroquímicos.
La química orgánica estudia la estructura, propiedades, síntesis y reactividad de los compuestos
orgánicos, y su aplicación en diversas áreas como la medicina, la industria, la agricultura, la alimentación
y la tecnología.
•La configuración
electrónicas del carbono en
estado de mínima energía o
basal es 1s 22s23s2, por tanto
posee en total seis
electrones. Su estado basal
o configuración electrónica
en su estado natural se
identifica a través del
siguiente diagrama:
Estructura de Lewis : enlaces simples
Por ejemplo, el carbono 12, el carbono 13 y el carbono 14 son
isótopos de carbono. Todos tienen seis protones en el núcleo,
pero cada uno tiene un número distinto de neutrones. Los
isótopos se pueden usar en ciertos procedimientos y exámenes
médicos.
La teoría de enlace es una teoría química que describe cómo se forman los enlaces
químicos entre átomos para formar moléculas y compuestos químicos. Fue desarrollada por
varios científicos a lo largo del siglo XX, incluyendo a Gilbert Lewis, Irving Langmuir, Linus
Pauling y otros.
La teoría de enlace se basa en la idea de que los átomos tienden a completar su capa de valencia
(la capa más externa de electrones) para adquirir una configuración electrónica estable, similar a
la de los gases nobles. Para lograr esto, los átomos pueden compartir electrones, perder
electrones o ganar electrones, dependiendo de la naturaleza de los átomos involucrados y las
condiciones en las que ocurre la reacción química.
Según la teoría de enlace, los enlaces químicos pueden ser de varios tipos, incluyendo enlaces
iónicos, enlaces covalentes y enlaces metálicos. En un enlace iónico, los átomos transfieren
electrones entre sí para formar iones con cargas opuestas que se atraen mutuamente y se unen
para formar un compuesto iónico. En un enlace covalente, los átomos comparten electrones para
formar una molécula y lograr una configuración electrónica más estable. En un enlace metálico,
los átomos metálicos comparten electrones de valencia en una "nube" electrónica común, lo que
les permite moverse libremente y formar una red tridimensional de enlaces fuertes.
La teoría de enlace ha sido fundamental para el desarrollo de la química moderna y ha permitido
explicar y predecir una gran variedad de fenómenos químicos y físicos, desde la formación de
moléculas y compuestos químicos hasta las propiedades de los materiales y la estructura de los
cristales.
CH3NH2
La regla del octeto de Lewis es una regla empírica que
establece que los átomos tienden a ganar, perder o compartir
electrones con otros átomos con el fin de adquirir una
configuración electrónica estable similar a la de los gases
nobles, los cuales tienen ocho electrones en su capa externa.
Esta regla fue propuesta por el químico y físico estadounidense
Gilbert N. Lewis en 1916.
Según la regla del octeto, los átomos tienden a perder, ganar o
compartir electrones para que el número total de electrones en
la capa más externa del átomo (también conocida como capa de
valencia) sea igual a ocho. De esta manera, los átomos pueden
alcanzar una configuración electrónica estable similar a la de
los gases nobles, lo que les permite ser más estables y menos
reactivos.
La regla del octeto se aplica principalmente a los elementos del
segundo periodo de la tabla periódica (carbono, nitrógeno,
oxígeno, flúor y otros elementos similares), que tienen una capa
de valencia que puede contener hasta ocho electrones. Sin
embargo, hay excepciones a la regla del octeto, especialmente
para elementos de períodos más grandes de la tabla periódica.
ethene

formaldehyde
Un orbital atómico es una región del espacio alrededor del núcleo de un átomo donde hay una
alta probabilidad de encontrar un electrón. Los orbitales atómicos se describen matemáticamente por funciones de
onda que se derivan de la ecuación de Schrödinger.
Cada orbital atómico se caracteriza por tres números cuánticos: el número cuántico principal (n), que determina el
tamaño y la energía del orbital; el número cuántico secundario o momento angular (l), que indica la forma del orbital;
y el número cuántico magnético (m), que especifica la orientación espacial del orbital en relación con un eje de
coordenadas.
Los electrones de un átomo pueden ocupar varios orbitales atómicos, según las reglas de configuración electrónica.
Los orbitales más cercanos al núcleo tienen menor energía y se llenan primero, seguidos por los orbitales de mayor
energía a medida que se agregan electrones adicionales al átomo.
Orbitales atómicos y ecuación de Schrödinger
Un orbital atómico (OA) es una función de onda monoelectrónica
que describe el comportamiento de un único electrón en el contexto de un átomo
La ecuación de Schrödinger que describe el comportamiento electrónico en un
átomo, tiene solución exacta únicamente para el caso del átomo de hidrógeno

En todos los casos el orbital atómico espacial queda definido por tres números cuánticos
que aparecen naturalmente en la solución general de la ecuación de Schrödinger
Como toda función de onda en mecánica cuántica, el orbital atómico carece por sí mismo de significado físico, pero según la interpretación de Born,
su módulo al cuadrado representa la densidad de probabilidad de hallar a ese electrón en cada punto del espacio (o más brevemente, a una densidad electrónica)
y permite calcular la probabilidad de encontrarlo en un cierto volumen del átomo
Un orbital molecular es una función matemática que describe la distribución de probabilidad de la densidad
electrónica en una molécula, como resultado de la combinación lineal de los orbitales atómicos de los átomos que
forman dicha molécula. Los orbitales moleculares son importantes porque determinan las propiedades químicas y
físicas de la molécula, como su estabilidad, su reactividad, su estructura y sus propiedades espectroscópicas. Los
orbitales moleculares se clasifican según su energía y simetría y se pueden representar mediante diagramas de
energía y de orbitales moleculares.
Orbitales moleculares (LCAO) combinación lineal de orbitales atómicos
Se suelen representar los orbitales moleculares como una combinación lineal de orbitales atómicos
(también denominado LCAO-MO). Una aplicación importante es utilizar orbitales moleculares aproximados
como un modelo simple para describir el enlace en las moléculas.
Enlaces sigma De acuerdo con la teoría de orbitales moleculares, cuando dos electrones forman un enlace covalente, sus orbitales atómicos
se traslapan, formando un orbital molecular que pasa a depender de dos o más núcleos de la molécula.
Según esta teoría, el número de orbitales moleculares formados es igual al número de orbitales atómicos que lo formaron, es decir que cuando dos
orbitales atómicos se traslapan, se forman dos orbitales moleculares, uno llamado enlazante, y otro antienlazante.
De esta manera, cuando dos orbitales s se hibridan, se forma un orbital sigma (s) enlazante y un orbital (s*) antienlazante. El orbital enlazante es de
menor energía que los orbitales atómicos que lo formaron, y el antienlazante tiene mayor energía, por lo tanto los electrones ocupan el orbital molecular
enlazante primero, dejando vacío el orbital antienlazante.
Un enlace pi es un tipo de enlace químico que se forma por la superposición de dos orbitales p o d en la región de
solapamiento entre dos átomos. A diferencia de los enlaces sigma, que se forman por la superposición de dos
orbitales s o p en la dirección del eje que une los núcleos de los átomos, los enlaces pi se forman en un plano
perpendicular al eje de los núcleos.
Los enlaces pi se encuentran comúnmente en moléculas que contienen dobles o triples enlaces, como en los
alquenos y alquinos, respectivamente. En estos casos, el enlace pi se forma por la superposición de los orbitales p
del carbono con los orbitales p del átomo de oxígeno, nitrógeno o carbono vecino.
El enlace pi es más débil que el enlace sigma debido a que la superposición de los orbitales p o d es menos efectiva
que la superposición de los orbitales s o p. Sin embargo, los enlaces pi son importantes en la estabilidad y la
reactividad de las moléculas, y juegan un papel crucial en muchas reacciones químicas, como las reacciones de
adición y la formación de complejos metálicos.
Hibridación sp2
Hibridación sp
La energía de un enlace se refiere a la cantidad de energía que se libera o se requiere para formar o romper ese enlace.
Esta energía se mide en unidades de energía por mol (por ejemplo, joules por mol o kilocalorías por mol).
La energía de un enlace se puede entender mejor en términos de la ley de conservación de la energía. Cuando dos
átomos se unen para formar un enlace, se libera energía, lo que significa que la energía total del sistema disminuye. Esta
energía se libera porque la formación del enlace permite que los átomos alcancen una configuración más estable y de
menor energía. Por otro lado, si se rompe un enlace, se requiere energía para superar la atracción entre los átomos y
separarlos. La cantidad de energía necesaria para romper un enlace depende de la fuerza del enlace y de las propiedades
de los átomos que lo forman.
La energía de un enlace se puede calcular utilizando diversas técnicas experimentales y teóricas, como la espectroscopia
de infrarrojo o la teoría de la función de onda molecular. Los valores de la energía de enlace se encuentran en tablas de
constantes de enlace y se utilizan en la química para predecir la reactividad química, la estabilidad de las moléculas y
otras propiedades de los compuestos.
La longitud de un enlace se refiere a la distancia entre los núcleos de los átomos que están unidos por ese enlace. Esta distancia
se mide en unidades de longitud, como picómetros (pm) o angstroms (Å).
En una molécula, la longitud de un enlace se determina por las fuerzas de atracción y repulsión entre los electrones y los
núcleos de los átomos. En general, cuanto más fuerte sea el enlace entre dos átomos, menor será la distancia entre ellos.
Además, la longitud de un enlace puede verse afectada por otros factores, como la geometría molecular, la hibridación de los
orbitales atómicos y la presencia de otros átomos o grupos funcionales en la molécula.
La longitud de los enlaces se puede medir experimentalmente utilizando diversas técnicas, como la espectroscopía de rayos X, la
espectroscopía de infrarrojo o la difracción de electrones. Además, se pueden utilizar técnicas teóricas, como la teoría de la
función de onda molecular o la teoría del campo molecular, para predecir la longitud de los enlaces en una molécula.
En general, la longitud de los enlaces es importante para comprender las propiedades físicas y químicas de las moléculas, ya que
influye en la reactividad química, la estabilidad de las moléculas y otras propiedades relacionadas con la geometría y la
estructura molecular.
La energía y la longitud de un enlace están relacionadas de manera inversamente proporcional. Esto significa
que a medida que la longitud del enlace aumenta, la energía requerida para mantener el enlace disminuye, y
viceversa.
La longitud de un enlace se refiere a la distancia entre los núcleos de los átomos que forman el enlace. A medida que
los átomos se acercan entre sí, la energía potencial aumenta debido a la repulsión electrostática entre los núcleos de
los átomos. A medida que los átomos se alejan entre sí, la energía potencial disminuye debido a que la atracción
electrostática entre los electrones y los núcleos de los átomos se reduce.
En resumen, cuando se forma un enlace entre átomos, se libera energía, lo que hace que la longitud del enlace
disminuya. Por otro lado, si se rompe un enlace, se necesita aportar energía para separar los átomos y la longitud del
enlace aumenta. La cantidad de energía requerida para romper un enlace depende de la longitud del enlace y de las
propiedades de los átomos que lo forman, como la electronegatividad y la estructura electrónica.