Introducción a la química

Términos

• Energía de enlaceMedida de la fuerza de un enlace químico. Se determina experimentalmente midiendo el calor (o entalpía) necesario para romper un mol de moléculas en sus átomos individuales constituyentes.
• EntalpíaEn termodinámica, una medida del contenido de calor de un sistema químico o físico, medido en condiciones de presión constante.
• Curva de MorseUn gráfico que muestra la dependencia de la energía asociada a un sistema de dos átomos en la distancia entre ellos (denominada «distancia internuclear»).
• Longitud de enlace de equilibrioLa distancia media entre dos átomos cuando están unidos entre sí.

La energía asociada a un enlace químico

La energía de enlace es una medida de la fuerza de un enlace químico, lo que significa que nos indica la probabilidad de que un par de átomos permanezca unido en presencia de perturbaciones energéticas. También puede considerarse como una medida de la estabilidad obtenida cuando dos átomos se unen entre sí, en contraposición a sus estados libres o no unidos.

La energía de enlace se determina midiendo el calor necesario para romper una molécula en sus átomos individuales, y representa la energía media asociada a la ruptura de los enlaces individuales de una molécula. Cuanto mayor sea la energía de enlace, más fuerte diremos que es el enlace entre los dos átomos, y la distancia entre ellos (longitud del enlace) es menor.

Por ejemplo, el enlace HO-H en una molécula de agua requiere 493 kJ/mol para romperse y generar el ion hidróxido (OH-). Romper el enlace O-H en el ion hidróxido requiere 424 kJ/mol adicionales. Por tanto, la energía de enlace de los enlaces covalentes O-H en el agua es la media de los dos valores, es decir, 458,9 kJ/mol. Estos valores de energía (493 y 424 kJ/mol) necesarios para romper los sucesivos enlaces O-H en la molécula de agua se denominan «energías de disociación del enlace», y son diferentes de la energía de enlace. La energía de enlace es la media de las energías de disociación del enlace en una molécula.

Las propiedades exactas de un tipo específico de enlace están determinadas en parte por la naturaleza de los otros enlaces en la molécula; por ejemplo, la energía y la longitud del enlace C-H variarán dependiendo de qué otros átomos estén unidos al átomo de carbono. Asimismo, la longitud del enlace C-H puede variar hasta un 4% entre distintas moléculas. Por esta razón, los valores listados en las tablas de energía y longitud de enlace son usualmente promedios tomados sobre una variedad de compuestos que contienen un par de átomos específico.

Podemos aplicar los valores de energía de enlace para determinar la entalpía de formación de un compuesto, \Delta H_f, que puede ser aproximada simplemente sumando los valores tabulados para las energías de enlace de todos los enlaces creados. La precisión de este método está dentro de unos pocos porcentajes de los valores de \Delta H_f determinados experimentalmente.

Energía entre dos átomos en función de la distancia internuclear

Una curva de Morse muestra cómo cambia la energía de un sistema de dos átomos en función de la distancia internuclear.

A grandes distancias, la energía es cero, lo que significa que no hay interacción. Esto concuerda con nuestro entendimiento de que dos átomos situados a una distancia infinita no interactúan entre sí de manera significativa, o al menos podemos decir que no están unidos entre sí. A distancias internucleares del orden de un diámetro atómico, dominan las fuerzas de atracción. A distancias muy pequeñas entre los dos átomos, la fuerza es repulsiva y la energía del sistema de dos átomos es muy alta. Las fuerzas atractivas y repulsivas se equilibran en el punto mínimo de la curva de Morse.

La distancia internuclear en la que se produce el mínimo de energía define la longitud de enlace de equilibrio. Esta longitud de enlace representa un valor de «equilibrio» porque el movimiento térmico hace que los dos átomos vibren en torno a esta distancia, al igual que un muelle vibra hacia adelante y hacia atrás en torno a su distancia no estirada o de equilibrio.

Una curva de Morse tendrá diferentes mínimos de energía y dependencia de la distancia para los enlaces formados entre diferentes pares de átomos. En general, cuanto más fuerte es el enlace entre dos átomos, más bajo es el mínimo de energía y más pequeña es la longitud del enlace.

La energía de enlace es la cantidad de trabajo que se debe realizar para separar completamente dos átomos; en otras palabras, es lo mismo que la profundidad del «pozo» en la curva de energía potencial.

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