Química

Enlace químico: modelo de enlace de valencia


Enlace químico: historia de la teoría VB

Gilbert Newton Lewis postuló en 1916 que el enlace entre dos átomos es causado por uno o más pares de electrones compartidos.

Walter Heitler y Fritz London pudieron poner la propuesta de Lewis, que se basó principalmente en la intuición química, sobre una base segura en 1927 mediante la aplicación de la mecánica cuántica. En ese momento llevaron a cabo el cálculo mecánico cuántico de la molécula de hidrógeno y así sentaron las bases para la teoría del enlace de valencia de los enlaces químicos.


¿Qué más mantiene unidas a las moléculas?

Además de los enlaces en una molécula, también hay Enlaces entre moléculas. Estos enlaces son más débiles que los enlaces de una molécula, pero aun así se suman a las propiedades del compuesto. Las fuerzas de atracción entre moléculas surgen, por ejemplo, porque los electrones en las capas de electrones de los átomos están en constante movimiento. En algunos casos, las cargas negativas se distribuyen de manera desigual. Las cargas parciales surgen en la molécula durante un tiempo muy corto, lo que conduce a una atracción o repulsión de las moléculas vecinas.

Estos lazos serán las fuerzas de van der Waals llamado y son muy débiles. Solo juegan un papel en moléculas no polares, ya que interacciones más fuertes enmascaran la influencia en moléculas polares. En general, cuanto mayor es la superficie de una molécula, más fuertes son las fuerzas de atracción debidas a los enlaces de van der Waals.


Establecimiento de ecuaciones redox & # 8211 general

Se pueden establecer fácilmente ecuaciones redox describiendo la reducción y la oxidación formalmente por separado.

1. El oxígeno reacciona con el hidrógeno para formar agua.
Reducción: O2 + 4 e¯ ⇌ 2 O 2 ¯
Oxidación: 2H2 ⇌ 4 H + + 4 e¯
Ambas reacciones parciales juntas (es decir, agregando los lados izquierdo y derecho) dan como resultado la reacción redox: O2 + 2 H.2 ⇌ 2 H2O

Esta ecuación es tan simple, por supuesto, que podría escribirla de inmediato.

¿Cómo procedes generalmente con las ecuaciones redox?

  1. Estableciendo la ecuación de iones incompleta para la reducción
  2. Balance de materiales al equilibrar los átomos de oxígeno a través de H2O-Moléculas y equilibrio de átomos de hidrógeno a través de H + -Iones
  3. Equilibrio de carga agregando Electrones
  4. Establecimiento de la ecuación de iones incompleta para la oxidación.
  5. Balance de materiales al equilibrar los átomos de oxígeno a través de H2O-Moléculas y equilibrio de átomos de hidrógeno a través de H + -Iones
  6. Equilibrio de carga agregando Electrones
  7. Suma de las ecuaciones parciales después de la multiplicación previa con factores que llevan ambas ecuaciones parciales al mismo número de electrones.
  8. Agregue cationes y aniones faltantes para convertir la ecuación de iones en una ecuación de reacción bruta

Ejemplos de
No todas las ecuaciones requieren todos los pasos anteriores. A continuación, se muestran algunos ejemplos sencillos:

  1. Los iones de hierro (III) reaccionan con los iones de yoduro para formar iones de hierro (II) y yodo.
    Fe 3+ + miFe 2+
    El número de átomos de hierro es el mismo en ambos lados, el oxígeno y el hidrógeno no tienen que estar equilibrados, solo los electrones tienen que estar equilibrados.
    Fe 3+ + mi ⇌ Fe 2+
    2 J¯ ⇌ J2 + 2mi
    Dado que la molécula de yodo dimérico está a la derecha, primero necesita 2 iones de yodo a la izquierda y luego 2 electrones a la derecha para equilibrar las cargas.
    Suma ambas ecuaciones parciales:
    Fe 3+ + 2 J¯ ⇌ Fe 2+ + J2
    Esa es una ecuación de reacción en Forma iónica, en el que solo se enumeran las sustancias involucradas en el proceso redox. Se diferencia de la ecuación de reacción bruta, en la que también se enumeran todas las demás sustancias.
  2. El azufre forma sulfuro de zinc con zinc.

3. El metal ferroso cae de las soluciones de cobre El metal de cobre, por lo tanto, lo reduce y se disuelve, es decir, el hierro se oxida.

Reducción:Cu 2+ + 2 e¯Cu
Oxidación:FeFe 2+ + 2 e¯
Reacción redox (suma)Cu 2+ + FeCu + Fe 2+

Si agrega un ion sulfato en ambos lados, la ecuación de reacción bruta para el proceso redox anterior es la siguiente:
CuSO4+ Fe ⇌ Cu + FeSO4

4. El agente oxidante químico más fuerte es el flúor. Puede reducir los otros halógenos de su estado de enlace como haluros. ¿Cuál es la ecuación de reacción cuando inyecta flúor en solución salina? (con ecuaciones parciales)

reducciónF.2 + 2 e¯2 F ¯
oxidación2 Cl¯Cl2 + 2 e¯
RedoxF.2 + 2 Cl¯2 F ¯ + Cl2

5. El agente reductor químico más fuerte es el cesio de metal alcalino pesado (la electronegatividad EN es de solo 0,70). Puede liberar a otros metales de su enlace, p. Ej. B. titanio a partir de cloruro de titanio. ¿Cuál es la ecuación de reacción (con ecuaciones parciales)?

reducciónTi 4+ + 4 e¯Ti
oxidación4 C4 Cs + + 4 e¯
Redox4 Cs + Ti 4+ 4 Cs + + Ti

4 Cs + TiCl44 CsCl + Ti

6. ¿Cómo se libera Cs de su estado de enlace catiónico tipo gas noble Cs +? La palabra clave es electrólisis de metal fundido de fluoruro de cesio CsF. El agente oxidante más fuerte en química es la corriente anódica, el agente reductor más fuerte es la corriente catódica. Varios procesos tienen lugar en el polo positivo (ánodo) y el polo negativo (cátodo):

Reducción en el cátodo2 Cs + + 2 e¯2 C
Oxidación en el ánodo2 F¯F.2 + 2 e¯
Redox2 CsFF.2 + 2 Cs

7. Los metales base se pueden disolver en ácidos no oxidantes. Explica la disolución de zinc en ácido clorhídrico usando la ecuación química (con ecuaciones parciales).

reducción2 H + + 2 e¯H2
oxidaciónZnZn 2+ + 2 e¯
RedoxZn + 2 H + Zn 2+ + H2

Zn + 2 HClZnCl2 + H2

Más ejemplos

8. El monóxido de carbono se detecta por oxidación con nitrato de plata en solución básica. Un entorno alcalino es necesario para interceptar los protones que se crean fuera de equilibrio y, por lo tanto, desplazarlo.

Reducción:Ag + + e¯Ag
Oxidación:CO + H2OCO2 + 2 H + + 2 e¯

Al oxidar, primero equilibre el oxígeno con agua del lado izquierdo. Luego equilibre el hidrógeno con 2 protones en el lado derecho. Finalmente, equilibre las cargas con 2 electrones (consulte el procedimiento en la parte superior).
¡La primera ecuación debe multiplicarse por 2 antes de la suma! (¡El número de electrones debe ser el mismo en ambos lados!)

Reacción redox (suma)2 Ag + + CO + H2O2 Ag + CO2 + 2 H +

El agente oxidante de CO a CO2 ¡también lo es Ag + y no oxígeno! El segundo átomo de oxígeno en CO2 proviene del agua, donde ya está presente con el número de oxidación -II. Debido a que esta reacción tiene lugar en soluciones básicas, puede agregar 2 iones de hidróxido en ambos lados:

2 Ag + + CO + H2O + 2 OH & # 8211 2 Ag + CO2 + 2 H + + 2 OH & # 8211
2 Ag + + CO + H2O + 2 OH & # 8211 2 Ag + CO2 + 2 H.2O
2 Ag + + CO + 2 OH & # 8211 2 Ag + CO2 + H2O

9. Los metales con potencial positivo (metales nobles) no pueden ser atacados por el ácido clorhídrico. El poder oxidante de los iones H + no es suficiente para los metales nobles. Por lo tanto, no se disuelven en ácidos de hidrógeno con el desprendimiento de hidrógeno, sino que requieren sistemas oxidantes más fuertemente como el ion nitrato en ácido nítrico concentrado:

reducciónNO3¯ + 4 H + + 3 e¯NO + 2 H2O
oxidaciónAgAg + + e¯
Redox3 Ag + NO3¯ + 4 H + 3 Ag + + NO + 2 H2O

9. En el caso de la "desnitrificación de los gases de combustión", los óxidos de nitrógeno reaccionan con el amoníaco para formar nitrógeno. ¿Cuál es la ecuación de reacción para la reacción del óxido nítrico con amoníaco? (con ecuaciones parciales)

reducción3 NO + 6H + + 6 e¯1½ N2 + 3 H.2O
oxidación2 NH3norte2+ 6H + +6 e¯
Redox3 NO + 2 NH32½ N2 + 3 H.2O

10. ¿Cómo se desarrolla la reacción redox entre el dióxido de azufre y el H?2S en el proceso Claus para la desulfuración de los gases de escape: (con ecuaciones parciales)


Tipos de enlace en química

El enlace covalente es solo uno de los tres tipos de enlaces fuertes en química . los Enlace iónico surge entre metal y no metal en uno Diferencia de electronegatividad & gt 1.7. El enlace covalente polar convierte el líquido en enlace iónico. El valor de 1,7 solo se utiliza como guía.

los Enlace de metal existe entre los átomos de metal, cuyos electrones en el llamado Gas de electrones compartir juntos. Los átomos de metal se convierten en cationes.

Enlaces de hidrógeno son interacciones débiles entre átomos de hidrógeno parcialmente cargados positivamente y átomos parcialmente cargados negativamente de otras moléculas.

las fuerzas de van der Waals son fuerzas atractivas entre dipolos que atraviesan distribuciones de carga asimétricas surgen en moléculas no polares.


Enlace químico: modelo de enlace de valencia - química y física

Hola, soy Paul y tengo 25 años. Ya tomé física como un curso avanzado en la escuela superior y quería hacerlo profesionalmente y ganar experiencia práctica de inmediato. Así que decidí no estudiar física por el momento, sino entrenarme como asistente de laboratorio de física en una empresa metalúrgica. Después de aprobar mi examen final, me aceptaron y he estado trabajando en análisis de materiales desde entonces.

¿Su corazón late más rápido cuando se trata de temas como mecánica, óptica y electrónica? Entonces, eche un vistazo más de cerca a la profesión de asistente de laboratorio de física, que presentamos aquí.

¿Qué conocimientos previos se esperan?

¿Qué certificado de finalización de estudios se requiere?

¿Cómo funciona la formación?

¿Dónde puedo encontrar más información?

Al final hay algunas pequeñas tareas.

Todo lo que necesita para esta ruta de aprendizaje es una PC, computadora portátil o tableta, un navegador y acceso a Internet. Se requiere un visor de PDF para mostrar archivos en formato de documento portátil (PDF). No se requiere un sistema operativo específico.

El grupo destinatario son los alumnos de 9º / 10º curso (3º año de aprendizaje) y de secundaria superior. Se necesitan unas cinco horas para completar la ruta de aprendizaje.

Haces eso en el trabajo

Los asistentes de laboratorio de física tienen un enfoque físico claro en su trabajo de laboratorio. Aquí, también, mucho gira en torno a mediciones y evaluaciones. En pocas palabras, la actividad se puede resumir de la siguiente manera:

“Los asistentes de laboratorio de física utilizan métodos físicos para examinar las propiedades de los materiales. Los resultados obtenidos se evalúan y registran de forma independiente. Trabaja en estrecha colaboración con los científicos naturales en laboratorios, en centros técnicos (instalaciones de prueba en las que los procesos se llevan a cabo a mayor escala que en los laboratorios) y en la producción industrial ".

Fuente: darmstadt.ihk.de (consultado en agosto de 2014)

Para darle un ejemplo de lo que se está investigando en el campo físico, he seleccionado un texto sobre el tema de las células solares para usted. Después de una presentación profesional (estructura y función), obtendrá una idea de la investigación de la Sociedad Max Planck. El texto está bien escrito y es fácil de entender, incluso para estudiantes de grados superiores. ¡Mira aquí!

Sociedad Max Planck: células solares con más poder: cómo los investigadores detienen la corriente oscura (número 18, 2013). Descarga en max-wissen.de

Qué se necesita

Para obtener un aprendizaje como técnico de laboratorio de física, debe tener un diploma de escuela secundaria o un buen diploma de escuela secundaria. Al trabajar con dispositivos de medición en el laboratorio, necesita habilidades técnicas y manuales. No hace falta decir que hay que trabajar con especial cuidado al medir y evaluar. En ocasiones, las series de medidas pueden tardar más. Se requiere resistencia y concentración.

Debes tener muy buenos conocimientos de física. También debería estar interesado en las otras ciencias naturales, matemáticas e informática. La electrónica y la ingeniería eléctrica no deberían desanimarte.

Disfrutas trabajando en equipo e intercambiando ideas con compañeros (también en inglés).

Lo que aprenderá en el entrenamiento

La formación para convertirse en técnico de laboratorio de física también se realiza de forma dual en la empresa y en la escuela profesional. Dura 3,5 años. La formación práctica tiene lugar en la empresa, la formación teórica principalmente en la escuela profesional.

Además de universidades e instituciones de investigación física, empresas químicas, entre otras, también ofrecen pasantías.

La ordenanza de formación especifica los siguientes temas:

Estructura y organización de la empresa de formación

Derecho laboral y de negociación colectiva, seguridad laboral

Uso de fuentes de energía y uso racional de la energía.

Uso, cuidado y mantenimiento de equipos de trabajo

Procesamiento de materiales y producción de conexiones de mangueras y tuberías.

Documentar los procesos de trabajo y los resultados.

De acuerdo con el plan de estudios marco, los siguientes temas se tratan en las lecciones de la escuela profesional. Como puede ver, se retoma y profundiza el contenido de formación de la empresa.

Cálculos relacionados con el campo ocupacional (por ejemplo, física o química)

Relación entre organización y función de los sistemas vivos.

Campo eléctrico y magnético

Dispositivos electrónicos de laboratorio y circuitos de control.

Tanto el examen intermedio como el examen final comprenden una parte práctica y otra teórica. Se puede encontrar más sobre esto en la ordenanza de capacitación.

Aún más enlaces

Puede encontrar más información sobre la profesión de técnico de laboratorio de física en línea. Para abrir los enlaces, haga clic en el texto de la columna de la derecha.

Responde las tareas

1. Lo que me gusta de mi trabajo

Describe brevemente lo que te gusta y lo que no te gusta del trabajo de técnico de laboratorio de física. Le invitamos a mirar a su alrededor en las páginas vinculadas.

2. Mira hacia el futurot

Supongamos que decide formarse como técnico de laboratorio de física. Describe en pocas palabras dónde te imaginas trabajando y qué te gustaría hacer profesionalmente. Si no puede pensar en nada, eche un vistazo a los anuncios de empleo en línea.

3. Un ejemplo de investigación

Puede encontrar más información sobre las células solares en el texto de la Sociedad Max Planck. Describa brevemente con sus propias palabras qué es una célula solar y qué se está investigando.

Las soluciones sugeridas

a 1. (Lo que me gusta del trabajo, sugerencia)

Lo que me gusta del trabajo de asistente de laboratorio de física es la amplia educación física básica. Muchos empleadores también ofrecen seminarios internos más adelante en el trabajo para brindar capacitación adicional. Pensé que era bueno poder trabajar prácticamente de inmediato durante mi aprendizaje.

Lo que no me gusta es el largo período de entrenamiento (¿tal vez asistente físico-técnico?). Necesitaré un buen conocimiento de las matemáticas. Tendré que ponerme al día un poco más.

a 2. (mirar hacia el futuro, sugerencia)

Trabajo como asistente de laboratorio de física en el departamento de física de una gran universidad alemana. Allí trabajo en equipo con físicos y otros compañeros de investigación básica. Desarrollamos células solares ultradelgadas con un alto grado de eficiencia, que también deberían ser económicas de fabricar industrialmente.

No tengo problemas con los investigadores visitantes, que todos hablan inglés. Muchas instrucciones y libros especializados también están en inglés.

Mis tareas son muy diversas. Realizo muchas mediciones con diferentes dispositivos de medición y también las evalúo. Para hacer esto, tengo que tener muchos conocimientos técnicos y científicos, pero eso es lo que disfruto en este momento.

a 3. (Un ejemplo de investigación, sugerencia)

Una celda solar es un componente técnico que convierte la luz solar en electricidad. La eficiencia de una celda solar está indicada por su eficiencia. En términos simplificados, esto significa la relación entre la cantidad de luz solar y la electricidad generada. La eficiencia de las células solares industriales es como máximo del 20%. El objetivo de la investigación es, entre otras cosas, producir cristales de silicio con menos defectos para aumentar la eficiencia de la célula solar.

Notas para profesores

Para poder trabajar en una profesión científica, no es necesario estudiar de inmediato. Hay una serie de ocupaciones de formación que conducen al objetivo a través de una formación puramente escolar o dual en combinación con una empresa y una escuela profesional.

En esta ruta de aprendizaje se presenta la ocupación de formación dual del asistente de laboratorio de física.


Unión de metales en el contexto de la química avanzada

Como se sabe por los conceptos básicos de la química general, los átomos de metal tienen una electronegatividad bastante baja. Esto significa que la tendencia a atraer electrones de enlace en un compuesto es mucho menor que en comparación con los no metales. Por lo tanto, los electrones de valencia de los átomos metálicos solo están unidos débilmente y, por lo tanto, pueden separarse fácilmente. De esta forma se forman iones metálicos cargados positivamente, los denominados núcleos atómicos, que forman la red metálica. Los electrones de valencia liberados ya no están unidos a un solo átomo de metal y se mueven casi libremente dentro de la red.

Principio de unión de metal


Enlace químico en cristales de boro a alta presión


El mundo de los enlaces químicos sigue siendo bueno para las sorpresas:

Un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth descubrió enlaces químicos en los cristales de boro producidos en el laboratorio de alta presión del Geo-Instituto Bávaro (BGI) que anteriormente eran desconocidos en materiales que contienen boro.

Los científicos de Bayreuth informan en Physical Review Letters sobre estos hallazgos, que han surgido de una colaboración con la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Grenoble y la Universidad Sueca de Linköping [ver más abajo].

Los cristales de boro sintetizados bajo presiones extremas tienen propiedades extremadamente interesantes como materiales semiconductores.

Síntesis a alta presión de monocristales para la investigación del boro

El boro es un elemento químico que está menos investigado en términos de su estructura que otros elementos químicos. En particular, los enlaces químicos que existen entre los átomos de boro están lejos de ser completamente entendidos. Los métodos de examen modernos con rayos X de sincrotrón, que en principio pueden proporcionar información sobre la posición de los electrones y el tipo de enlaces químicos en un material, no pudieron aplicarse al elemento ligero boro (B) durante mucho tiempo. Para poder utilizar estos métodos para la investigación del boro, la investigación requiere monocristales de la más alta calidad posible. Los monocristales de un material se caracterizan por el hecho de que los átomos encajan en una estructura reticular uniforme. En la investigación, se considera que son de alta calidad si no hay o solo hay ligeras desviaciones de la estructura de celosía. Sin embargo, los monocristales de alta calidad, que están compuestos por átomos de boro, solo surgen en condiciones extremadamente exigentes desde el punto de vista técnico y, por lo tanto, no estuvieron disponibles para la investigación durante mucho tiempo. Y así, los enlaces químicos en los materiales que contienen boro permanecieron en gran parte inaccesibles.

Hace solo dos años, un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth, encabezado por el Prof.Dr. Leonid Dubrovinsky pudo desarrollar un proceso confiable que permite sintetizar cristales de boro bajo altas presiones. Las tecnologías de investigación de alta presión y alta temperatura en el Geo-Instituto de Baviera, un centro de investigación de la Universidad de Bayreuth, son una infraestructura de alto rendimiento para este complejo trabajo. El nuevo proceso ha hecho posible el cultivo de monocristales de alta calidad. En el interior, los icosaedros, cada uno de los cuales consta de 12 átomos de boro, están dispuestos en una estructura reticular uniforme y estable.

Cooperación con la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF)

Estos monocristales se analizaron con radiación de sincrotrón, es decir, con rayos X intensos que se generan específicamente en el acelerador de partículas con fines de investigación. El trabajo estuvo bajo la dirección del Prof.Dr. Sander van Smaalen, quien ocupa la cátedra de cristalografía en la Universidad de Bayreuth, y el Prof.Dr. Natalia Dubrovinskaia, quien recientemente asumió una cátedra Heisenberg de física y tecnología de materiales en condiciones extremas en Bayreuth. El equipo de Bayreuth trabajó en estrecha colaboración con la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón (ESRF) en Grenoble, una de las mayores fuentes de radiación de sincrotrón de Europa. Los datos obtenidos aquí mediante difracción de rayos X se tradujeron en las llamadas imágenes de gradiente utilizando programas informáticos especiales. Las imágenes en gradiente proporcionan información sobre las diferentes densidades de electrones en un material. Permiten extraer conclusiones fiables sobre la posición y estabilidad de los enlaces químicos que existen entre los átomos.

Evaluación de imágenes de degradado

Junto con un grupo de trabajo de física teórica en la Universidad de Linköping, los investigadores de alta presión de Bayreuth evaluaron las imágenes de gradiente que se crearon al analizar los cristales de boro de alta presión. Al hacerlo, descubrieron dos tipos de enlaces químicos que antes se desconocían que existieran dentro de un cristal de boro. Físicamente hablando, por un lado se trata de enlaces de un electrón-dos-centros y, por otro lado, de enlaces polares-covalentes dos-electrones-tres-centros que conectan los cúmulos de boro icosaédricos vecinos. Estos últimos se forman entre un par de átomos de un grupo de boro icosaédrico y un átomo del grupo intersticial B2.

"Estos hallazgos, que nos sorprendieron, son ante todo interesantes para la investigación básica", explica el Prof. Dr. Sander van Smalen. "Sin embargo, tenemos que considerar la posibilidad de que los cristales de boro formados bajo presiones extremas ganen importancia para la industria. Si se utilizan como semiconductores para dispositivos y circuitos electrónicos, tienen propiedades ópticas únicas y se caracterizan por una dureza Para tales aplicaciones industriales, nuestra investigación básica puede llegar a ser relevante de una manera que aún no se puede prever en la actualidad ".

La investigación de Bayreuth sobre cristales de boro a alta presión y materiales relacionados con el boro es llevada a cabo por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) como parte de sus programas prioritarios 1236 ("Estructuras y propiedades de los cristales a presiones y temperaturas extremadamente altas") y 1178 ( "La densidad de electrones experimental como clave para comprender las interacciones químicas").


Video: ELECTRONES DE VALENCIA.CAPA DE VALENCIA.VALENCIAS. FACILÍSIMO. (Enero 2022).