Fortalezas de los enlaces iónicos y covalentes - Introducción a la química

Objetivos de aprendizaje
Fuerza de enlace: Enlaces covalentes
Ejemplo
Fuerza de enlace iónico y energía de red
Ejemplo
Aspectos clave
FIN DEL CAPÍTULO EJERCICIOS
Notas a pie de página
Glosario
I

Objetivos de aprendizaje

Describir la energía de los enlaces covalentes e iónicos formación y ruptura
Utilizar las energías medias de los enlaces covalentes para estimar las entalpías de reacción

La fuerza de un enlace describe con qué fuerza se une cada átomo a otro átomo y por lo tanto cuánta energía se requiere para romper el enlace entre los dos átomos.

Es esencial recordar que hay que añadir energía para romper los enlaces químicos (un proceso endotérmico), mientras que la formación de enlaces químicos libera energía (un proceso exotérmico). En el caso de $\text{H}_2$ , el enlace covalente es muy fuerte; hay que añadir una gran cantidad de energía, 436 kJ, para romper los enlaces en un mol de moléculas de hidrógeno y hacer que los átomos se separen:

$\text{H}_2 (g) \ \longrightarrow \text{2H} (g) \\ \ \ \ \ \text {energía de enlace = 436 kJ}$

A la inversa, la misma cantidad de energía se libera cuando un mol de $\text{H}_2$ se forma a partir de dos moles de átomos de H:

$\text{2H} (g) \\\Nlongrightarrow \N-texto{H}_2(g) \N-texto{con energía de enlace = -436 kJ}$

Fuerza de enlace: Enlaces covalentes

Las moléculas estables existen porque los enlaces covalentes mantienen los átomos unidos. Medimos la fuerza de un enlace covalente por la energía necesaria para romperlo, es decir, la energía necesaria para separar los átomos enlazados. Separar cualquier par de átomos enlazados requiere energía. Cuanto más fuerte es un enlace, mayor es la energía necesaria para romperlo.

La energía necesaria para romper un enlace covalente específico en un mol de moléculas gaseosas se llama energía de enlace o energía de disociación del enlace. La energía de enlace para una molécula diatómica, $\text{D}_\text{X-Y}$ , se define como el cambio de entalpía estándar para la reacción endotérmica:

$\text{XY} (g) \longrightarrow \text{X} (g) \text{ + Y} (g) \ \ \ \ \ \text{D}_text{X-Y} = \Delta H^{circ}$

Por ejemplo, la energía de enlace del enlace covalente puro H-H, $\text{D}_\text{H-H}$ , es de 436 kJ por mol de enlaces H-H rotos:

$\text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{2H} (g) \ \ \ \ \ \text{D}_text{H-H} = \Delta H^{circ} = \text{436 kJ}$

Las moléculas con tres o más átomos tienen dos o más enlaces. La suma de todas las energías de enlace en tal molécula es igual al cambio de entalpía estándar para la reacción endotérmica que rompe todos los enlaces en la molécula. Por ejemplo, la suma de las energías de los cuatro enlaces C-H en $\text{CH}_4$ , 1660 kJ, es igual al cambio de entalpía estándar de la reacción:

Se muestra una reacción con estructuras de Lewis. La primera estructura muestra un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno con el símbolo,

La energía media del enlace C-H, $\text{D}_\text{C-H}$ , es de 1660/4 = 415 kJ/mol porque hay cuatro moles de enlaces C-H rotos por mol de la reacción. Aunque los cuatro enlaces C-H son equivalentes en la molécula original, cada uno no requiere la misma energía para romperse; una vez que se rompe el primer enlace (que requiere 439 kJ/mol), los enlaces restantes son más fáciles de romper. El valor de 415 kJ/mol es el promedio, no el valor exacto requerido para romper cualquier enlace.

La fuerza de un enlace entre dos átomos aumenta a medida que aumenta el número de pares de electrones en el enlace. Generalmente, a medida que la fuerza del enlace aumenta, la longitud del enlace disminuye. Así, encontramos que los enlaces triples son más fuertes y más cortos que los enlaces dobles entre los mismos dos átomos; del mismo modo, los enlaces dobles son más fuertes y más cortos que los enlaces simples entre los mismos dos átomos. Las energías de enlace medias para algunos enlaces comunes aparecen en la tabla siguiente, y una comparación de las longitudes y fuerzas de enlace para algunos enlaces comunes aparece en la tabla siguiente. Cuando un átomo se une a varios átomos de un grupo, la fuerza de enlace suele disminuir a medida que descendemos en el grupo. Por ejemplo, $\text{C-F}$ es 439 kJ/mol, $\text{C-Cl}$ es 330 kJ/mol, y $\text{C-Br}$ es 275 kJ/mol.

Energías de enlace (kJ/mol)
Enlace	Energía de enlace	Enlace	Energía de enlace	Enlace	Energía de enlace
$\text{H-H}$	436		260		255
	415		330		235
\text{H-N}	330		390		275	230
	464		240		215
	569		160	$\text{Si-S}$	225
	395		418	$\text{Si-Cl}$	359
	320	$\text{N} {\equiv} {texto{N}$	946		290
$\text{H-S}$	340		200		215
	432		270		215
	370		210		230
	295		200		330
	345		245	$\text{P-Br}$	270
	611		140	$\text{P-I}$	215
$\text{C} {\equiv.} {\equiv} {texto{C}$	837		498	$\text{S-S}$	215
	290		160	$\text{S-Cl}$	250
	615		370		215
$\text{C} {\equiv.} {\equiv} {texto{N}$	891	$\text{O-P}$	350	$\text{Cl-Cl}$	243
	350		205	$\text{Cl-Br}$	220
	741		200		210
$\text{C} {\equiv.} {\equiv} {text{O}}$	1080		160	$\text{Br-Br}$	190
	439		540	$\text{Br-I}$	180
	360		489		150
	265		285

Longitudes de enlace medias y energías de enlace para algunos Enlaces comunes
Enlace	Longitud de enlace (Å)	Energía de enlace (kJ/mol)
$\text{C-C}$	1,54	345
	1,34	611
$\text{C} {\equiv} {texto{C} {\equiv} \text{C}$	1,20	837
	1,43	290
	1,38	615
$\text{C} {\equiv} \text{C} {\equiv} \text{N}$	1,16	891
	1,43	350
	1,23	741
$<text{C} <equiv. \N - Texto {O}$	1,13	1080

La energía de enlace es la diferencia entre el mínimo energético (que se produce en la distancia de enlace) y la energía de los dos átomos separados. Es la cantidad de energía liberada cuando se forma el enlace. A la inversa, se requiere la misma cantidad de energía para romper el enlace. Para la molécula $\text{H}_2$ que se muestra en la tabla anterior, a la distancia de enlace de 74 pm el sistema tiene 7,24 × 10-19 J menos de energía que los dos átomos de hidrógeno separados. Esto puede parecer un número pequeño. Sin embargo, como aprenderemos con más detalle más adelante, las energías de enlace suelen discutirse en base a cada mol. Por ejemplo, se necesitan 7,24 × 10-19 J para romper un enlace H-H, pero se necesitan 4,36 × 105 J para romper 1 mol de enlaces H-H. En las tablas anteriores se muestra una comparación de algunas longitudes y energías de enlace. Podemos encontrar muchos de estos enlaces en una gran variedad de moléculas, y esta tabla proporciona valores medios. Por ejemplo, romper el primer enlace C-H en $\text{CH}_4$ requiere 439,3 kJ/mol, mientras que romper el primer enlace C-H en $\text{H-CH}_2\text{C}_6\text{H}_5$ (un disolvente de pintura común) requiere 375.5 kJ/mol.

Como se ve en las tablas anteriores, un enlace simple carbono-carbono promedio es de 347 kJ/mol, mientras que en un enlace doble carbono-carbono, el enlace $\pi$ aumenta la fuerza del enlace en 267 kJ/mol. Añadir un enlace adicional $\pi$ provoca un aumento adicional de 225 kJ/mol. Podemos ver un patrón similar cuando comparamos otros enlaces $\sigma$ y $\pi$ . Así, cada enlace individual $\pi$ es generalmente más débil que un enlace correspondiente $\sigma$ entre los mismos dos átomos. En un enlace $\pi$ hay un mayor grado de solapamiento orbital que en un enlace $\pi$ .

Podemos utilizar las energías de enlace para calcular los cambios de entalpía aproximados para las reacciones en las que las entalpías de formación no están disponibles. Los cálculos de este tipo también nos dirán si una reacción es exotérmica o endotérmica. Una reacción exotérmica (ΔH negativo, calor producido) resulta cuando los enlaces en los productos son más fuertes que los enlaces en los reactivos. Una reacción endotérmica (ΔH positivo, calor absorbido) resulta cuando los enlaces en los productos son más débiles que los de los reactantes.

El cambio de entalpía, ΔH, para una reacción química es aproximadamente igual a la suma de la energía requerida para romper todos los enlaces en los reactantes (energía «in», signo positivo) más la energía liberada cuando se forman todos los enlaces en los productos (energía «out», signo negativo). Esto se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera:

$\Delta H= \Sigma \text{D}_\text{enlace roto}- \Sigma \text{D}_\text{enlace formado}$

En esta expresión, el símbolo $\Sigma$ significa «la suma de» y D representa la energía de enlace en kilojulios por mol, que siempre es un número positivo. La energía de enlace se obtiene de una tabla y dependerá de si el enlace concreto es simple, doble o triple. Por lo tanto, al calcular las entalpías de esta manera, es importante que consideremos el enlace en todos los reactivos y productos. Debido a que los valores de D son típicamente promedios para un tipo de enlace en muchas moléculas diferentes, este cálculo proporciona una estimación aproximada, no un valor exacto, para la entalpía de reacción.

Considere la siguiente reacción:

$\text{H}_2 (g) + \text{Cl}_2 (g) \longrightarrow \text{2HCl} (g)$

$\text{H-H}(g) (g) + \text{Cl-Cl} (g) \longrightarrow \text{2H-Cl} (g)$

Para formar dos moles de $\text{HCl}$ , hay que romper un mol de enlaces H-H y un mol de enlaces Cl-Cl. La energía necesaria para romper estos enlaces es la suma de la energía de enlace del enlace H-H (436 kJ/mol) y del enlace Cl-Cl (243 kJ/mol). Durante la reacción, se forman dos moles de enlaces H-Cl (energía de enlace = 432 kJ/mol), liberando 2 × 432 kJ; o 864 kJ. Como los enlaces de los productos son más fuertes que los de los reactantes, la reacción libera más energía de la que consume:

$\Delta H$	$=\Sigma \text{D}_\text{enlace roto} - \Sigma \text{D}_text{vínculos formados}$
$\Delta H$	$= - \text{2D}_\text{H-Cl}$
	$= - 2(432) = \text{-185 kJ}$

Este exceso de energía se libera en forma de calor, por lo que la reacción es exotérmica. En el Apéndice G se da un valor para la entalpía molar estándar de formación de $\text{HCl} (g)$ , $Delta H_text{f}^{circ}$ , de -92,307 kJ/mol. El doble de ese valor es -184,6 kJ, lo que coincide con la respuesta obtenida anteriormente para la formación de dos moles de HCl.

Ejemplo

Using Bond Energies to Calculate Approximate Enthalpy Changes
El metanol, $\text{CH}_3\text{OH}$ , puede ser un excelente combustible alternativo. La reacción a alta temperatura del vapor y el carbono produce una mezcla de los gases monóxido de carbono, $\text{CO}$ , e hidrógeno, $\text{H}_2$ , a partir del cual se puede producir metanol. Utilizando las energías de enlace en las tablas anteriores, calcule el cambio de entalpía aproximado, ΔH, para la reacción aquí:

$\text{CO} (g) + \text{2H}_2 (g) \longrightarrow \text{CH}_3\text{OH} (g)$

Solución
Primero, necesitamos escribir las estructuras de Lewis de los reactivos y los productos:

Un conjunto de diagramas de Lewis muestra una reacción química. La primera estructura muestra un átomo de carbono con un par solitario de electrones triplemente enlazado a un oxígeno con un par solitario de electrones. A la derecha de esta estructura hay un signo más, luego el número 2 seguido de un átomo de hidrógeno con un enlace simple a un átomo de hidrógeno. A la derecha de esta estructura hay una flecha hacia la derecha seguida de un átomo de hidrógeno con enlace simple a un átomo de carbono con enlace simple a dos átomos de hidrógeno y a un átomo de oxígeno con dos pares de electrones solitarios. El átomo de oxígeno también tiene un enlace simple con un átomo de hidrógeno.

A partir de esto, vemos que el ΔH para esta reacción implica la energía requerida para romper un triple enlace C-O y dos enlaces simples H-H, así como la energía producida por la formación de tres enlaces simples C-H, un enlace simple C-O y un enlace simple O-H. Podemos expresar esto de la siguiente manera:

$\NDelta H =$	$\NSigma \text{D}_\\Nde los enlaces rotos. \Sigma \text{D}_text{vínculos formados}$
$\Delta H =$

Usando los valores de energía de enlace de la tabla, obtenemos:


	$= \text{-107 kJ}$

Podemos comparar este valor con el valor calculado en base a los datos de $Delta H_\text{f}^{\circ}$ del Apéndice G:



	$= \text{-90.5 kJ}$

Nótese que hay una diferencia bastante importante entre los valores calculados con los dos métodos diferentes. Esto ocurre porque los valores de D son la media de diferentes fuerzas de enlace; por lo tanto, a menudo sólo dan un acuerdo aproximado con otros datos.

Comprueba tu aprendizaje
El alcohol etílico, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ , fue uno de los primeros productos químicos orgánicos sintetizados deliberadamente por el ser humano. Tiene muchos usos en la industria y es el alcohol que contienen las bebidas alcohólicas. Puede obtenerse por la fermentación del azúcar o sintetizarse por la hidratación del etileno en la siguiente reacción:

Un conjunto de estructuras de Lewis muestra una reacción química. La primera estructura muestra dos átomos de carbono que están doblemente enlazados entre sí y cada uno de ellos está unido de forma simple a dos átomos de hidrógeno. A esta estructura le sigue un signo positivo y, a continuación, un átomo de oxígeno con dos pares de electrones solitarios unidos de forma sencilla a dos átomos de hidrógeno. Una flecha hacia la derecha conduce a un átomo de carbono con enlace simple a tres átomos de hidrógeno y a un segundo átomo de carbono. El segundo átomo de carbono tiene un enlace simple con dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno con dos pares de electrones solitarios. El átomo de oxígeno también está unido de forma sencilla a un átomo de hidrógeno.

Usando las energías de enlace de la tabla, calcule un cambio de entalpía aproximado, ΔH, para esta reacción.

Respuesta:
-35 kJ

Fuerza de enlace iónico y energía de red

Un compuesto iónico es estable debido a la atracción electrostática entre sus iones positivos y negativos. La energía de red de un compuesto es una medida de la fuerza de esta atracción. La energía de red (ΔHlattice) de un compuesto iónico se define como la energía necesaria para separar un mol del sólido en los iones gaseosos que lo componen. Para el sólido iónico MX, la energía de red es el cambio de entalpía del proceso:

$\text{MX} (s) \longrightarrow \text{M}^{n+} (g) + \text{X}^{n-} (g) \ \ \ \ \ Delta H_\text{lattice}$

Nota que estamos usando la convención en la que el sólido iónico se separa en iones, por lo que nuestras energías de red serán endotérmicas (valores positivos). Algunos textos utilizan la convención equivalente pero opuesta, definiendo la energía de red como la energía liberada cuando los iones separados se combinan para formar una red y dando valores negativos (exotérmicos). Por lo tanto, si busca energías de red en otra referencia, asegúrese de comprobar qué definición se utiliza. En ambos casos, una magnitud mayor para la energía de red indica un compuesto iónico más estable. Para el cloruro de sodio, $\Delta H_\text{lattice} = \text{769 kJ}$ . Por lo tanto, se requiere 769 kJ para separar un mol de sólido \text{NaCl} en iones gaseosos $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$ . Cuando un mol de cada uno de los iones gaseosos $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$ forman el sólido \text{NaCl} , se liberan 769 kJ de calor.
La energía de retícula $\text_delta H_{lattice}$ de un cristal iónico puede expresarse mediante la siguiente ecuación (derivada de la ley de Coulomb, que rige las fuerzas entre cargas eléctricas):

$Delta H_\text{lattice} = \frac{ \text{C(Z}^+\text{)(Z}^-) }{ \text{R}_\circ }$

en la que C es una constante que depende del tipo de estructura cristalina; Z+ y Z- son las cargas de los iones; y Ro es la distancia interiónica (la suma de los radios de los iones positivos y negativos). Así, la energía de red de un cristal iónico aumenta rápidamente a medida que las cargas de los iones aumentan y el tamaño de los iones disminuye. Cuando todos los demás parámetros se mantienen constantes, duplicar la carga del catión y del anión cuadruplica la energía de red. Por ejemplo, la energía de red de $\text{LiF}$ (Z+ y Z- = 1) es de 1023 kJ/mol, mientras que la de $\text{MgO}$ (Z+ y Z- = 2) es de 3900 kJ/mol (Ro es casi el mismo-aproximadamente 200 pm para ambos compuestos).
Diferentes distancias interatómicas producen diferentes energías de red. Por ejemplo, podemos comparar la energía de red de $\text{MgF}_2$ (2957 kJ/mol) con la de $\text{MgI}_2$ (2327 kJ/mol) para observar el efecto en la energía de red del menor tamaño iónico de F- en comparación con I-.

Ejemplo

Comparaciones de energía de red
La gema preciosa rubí es óxido de aluminio, $\text{Al}_2\text{O}_3$ , que contiene trazas de $\text{Cr}^{3+}$ . El compuesto $\text{Al}_2\text{Se}_3$ se utiliza en la fabricación de algunos dispositivos semiconductores. ¿Cuál tiene mayor energía de red, $\text{Al}_2\text{O}_3$ o $\text{Al}_2\text{Se}_3$ ?

Solución
En estos dos compuestos iónicos, las cargas Z+ y Z- son iguales, por lo que la diferencia de energía de red dependerá de Ro. El ión $\text{O}^{2-}$ es más pequeño que el ión $\text{Se}^{2-}$ ión. Así, $\text{Al}_2\text{O}_3$ tendría una distancia interiónica más corta que $\text{Al}_2\text{Se}_3$ , y $\text{Al}_2\text{O}_3$ tendría la energía de red más grande.
Comprueba tu aprendizaje
El óxido de zinc, \text{ZnO} , es un protector solar muy eficaz. ¿Cómo sería la energía de red de \text{ZnO} comparada con la de \text{NaCl} Respuesta:
\text{ZnO} tendría una energía de red mayor que la de \text{ZnO} tendría la mayor energía de red porque los valores Z tanto del catión como del anión en \text{ZnO} son mayores, y la distancia interiónica de \text{ZnO} es menor que la de \text{NaCl} .

Aspectos clave

La fuerza de un enlace covalente se mide por su energía de disociación del enlace, es decir, la cantidad de energía necesaria para romper ese enlace concreto en un mol de moléculas. Los enlaces múltiples son más fuertes que los enlaces simples entre los mismos átomos. La entalpía de una reacción puede estimarse a partir de la energía necesaria para romper los enlaces y la energía liberada cuando se forman nuevos enlaces. Para los enlaces iónicos, la energía de red es la energía necesaria para separar un mol de un compuesto en sus iones en fase gaseosa. La energía de red aumenta para los iones con cargas más altas y distancias más cortas entre los iones.

Energía de enlace para una molécula diatómica: $\text{XY} (g) \longrightarrow \text{X} (g) + \text{Y} (g) \ \ \text{D}_\text{X-Y} = \Delta H^{circ}$
Cambio de entalpía: $\Delta H = \Sigma \text{D}_\text{{uniones rotas} - \Sigma \text{D}_\text{uniones formadas}$
Energía de red para un sólido MX: $\text{MX} (s) \longrightarrow \text{M}^{n+} (g) + \text{X}^{n-} (g) \Delta \ H_\text{lattice}$
Energía de red para un cristal iónico: $\Delta H_\text{lattice} = \frac{ \text{C(Z}^+\text{)(Z}^-) }{ \text{R}_circ}$

FIN DEL CAPÍTULO EJERCICIOS

¿Qué enlace de cada uno de los siguientes pares de enlaces es el más fuerte? (a) $\text{C-C}$ o $\text{C=C}$ (b) \text{C-N} o $\text{C} {\equiv} \text{N}$ (c) $\text{C} {\equiv} \text{N} {equiv. de texto} {O}$ o $\text{C=O}$ (d) $\text{H-F}$ o (e) $\text{C-H}$ o $\text{O-H}$ (f) \text{C-N} o $\text{C-O}$
Usando las energías de enlace de la tabla, determine el cambio de entalpía aproximado para cada una de las siguientes reacciones: (a) $\text{H}_2 (g) + \text{Br}_2 (g) \longrightarrow \text{2HBr} (g)$ (b) $\text{CH}_4 (g) + \text{I}_2(g) \longrightarrow \text{CH}_3\text{I} (g) + \text{HI} (g)$ (c) $\text{C}_2\text{H}_4 (g) + \text{3O}_2 (g) \longrightarrow \text{2CO}_2 (g) + \text{2H}_2\text{O} (g)$
(a) -114 kJ; (b) 30 kJ; (c) -1055 kJ
Usando las energías de enlace de la tabla, determine el cambio de entalpía aproximado para cada una de las siguientes reacciones: (a) $\text{Cl}_2 (g) + \text{3F}_2 (g) \longrightarrow \text{2ClF}_3 (g)$ (b) $\text{H}_2\text{C} = \text{CH}_2 (g) + \text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{H}_3\text{CCH}_3 (g)$ (c) $\text{2C}_2\text{H}_6 (g) + \text{7O}_2 (g) \longrightarrow \text{4CO}_2 (g) + \text{6H}_2\text{O} (g)$
Dibuja una curva que describa la energía de un sistema con átomos de H y Cl a distintas distancias. A continuación, encuentre la energía mínima de esta curva de dos maneras.(a) Utilice la energía de enlace encontrada en las tablas para calcular la energía de un solo $\text{HCl} (Pista: ¿Cuántos enlaces hay en un mol?)(b) Utiliza la entalpía de reacción y las energías de enlace para el H2 y el Cl2 para resolver la energía de un mol de <img src=$ enlaces. » height=»17″ width=»37″ style=»vertical-align: -1px»> enlaces.
$\text{H}_2 (g) + \text{Cl}_2 (g) \rightleftharpoons \text{2HCl} (g) \\N-Delta H_text{rxn}^{circ} = \text{-184,7 kJ/mol}$

Explique por qué los enlaces se producen a distancias de enlace promedio específicas en lugar de que los átomos se acerquen infinitamente.

La distancia de enlace promedio específica es la distancia con la menor energía. A distancias menores que la distancia de enlace, las cargas positivas de los dos núcleos se repelen, y la energía global aumenta.
Cuando una molécula puede formar dos estructuras diferentes, la estructura con los enlaces más fuertes suele ser la forma más estable. Utiliza las energías de enlace para predecir la estructura correcta de la molécula de hidroxilamina:
La mayor energía de enlace está en la figura de la izquierda. Es la forma más estable.
¿Cómo es la energía de enlace de difiere de la entalpía estándar de formación de $\text{HCl} (g)$ ?
Usando los datos de entalpía estándar de formación del Apéndice G, demuestre cómo la entalpía estándar de formación de $\text{HCl} (g)$ puede utilizarse para determinar la energía de enlace.

(g)

$<text{HCl} (g) (g) \longrightarrow \frac{1}{2}text{H}_2 (g) + \frac{1}{2}text{Cl}_2 (g)$ $Delta H_1^{circ} = -\Delta H_{text{f}^{circ}$

$\frac{1}{2}\text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{H} (g)$ $Delta H_2^{{circ}} = \Delta H_{text{f}^{circ}$

\frac{1}{2}{text{Cl}_2 (g) \longrightarrow \text{Cl}(g) $Delta H_3^{{circ} = \\NDelta H_{text{f}^{circ}$

$<text{HCl} (g) (g) \longrightarrow \text{H} (g) + \text{Cl} (g)$ $Delta H_{298}^{circ} = \Delta H_1^{circ} + \Delta H_2^{\circ} + \Delta H_3^{circ}$

$D_\text{HCl} = \Delta H_{298}^{{circ} = \Delta H_{text{f}^{circ} + delta H_{text{f}^{circ} + \Delta H_{text{f}^{circ}$

$\text{= -(-92,307 kJ) + 217,97 kJ + 121,3 kJ}$
$\text{= 431,6 kJ}$
Usando los datos de entalpía de formación estándar del Apéndice G, calcule la energía de enlace del doble enlace carbono-azufre en $\text{CS}_2$ .
Usando los datos de entalpía de formación estándar del Apéndice G, determine qué enlace es más fuerte: ¿el enlace S-F en $\text{SF}_4 (g)$ o en $\text{SF}_6 (g)$ ?
El enlace S-F en $\text{SF}_4$ es más fuerte.
Usando los datos de entalpía de formación estándar del Apéndice G, determine qué enlace es más fuerte: ¿el enlace P-Cl en $\text{PCl}_3 (g)$ o en $\text{PCl}_5 (g)$ ?
Completa la siguiente estructura de Lewis añadiendo enlaces (no átomos), y luego indica el enlace más largo:

Los enlaces simples C-C son los más largos.
Use la energía de enlace para calcular un valor aproximado de ΔH para la siguiente reacción. ¿Cuál es la forma más estable de $\text{FNO}_2$ ?
Use los principios de la estructura atómica para responder a cada una de las siguientes preguntas:1 (a) El radio del átomo de Ca es de 197 pm; el radio del ión $\text{Ca}^{2+}$ es de 99 pm. Explica la diferencia. (b) La energía de red de $\text{CaO} (s)$ es -3460 kJ/mol; la energía de red de $\text{K}_2\text{O}$ es -2240 kJ/mol. Explique la diferencia. (c) Dados estos valores de ionización, explique la diferencia entre el Ca y el K con respecto a sus energías de primera y segunda ionización.

Elemento Primera energía de ionización (kJ/mol) Segunda energía de ionización (kJ/mol)

K 419 3050

Ca 590 1140

(d) La primera energía de ionización del Mg es 738 kJ/mol y la del Al es 578 kJ/mol. Explique esta diferencia.

(a) Cuando se eliminan dos electrones de la capa de valencia, el radio del Ca pierde el nivel de energía más externo y vuelve al nivel inferior n = 3, que es mucho más pequeño en radio.(b) La carga +2 del calcio acerca mucho más el oxígeno en comparación con el K, aumentando así la energía de red en relación con un ion menos cargado.

(c) La eliminación del electrón 4s en el Ca requiere más energía que la eliminación del electrón 4s en el K debido a la mayor atracción del núcleo y a la energía extra necesaria para romper el emparejamiento de los electrones. La segunda energía de ionización para el K requiere que un electrón sea removido de un nivel de energía más bajo, donde la atracción es mucho más fuerte del núcleo para el electrón. Además, se requiere energía para desparejar dos electrones en un orbital completo. Para el Ca, el segundo potencial de ionización requiere eliminar sólo un electrón solitario en el nivel de energía exterior expuesto.

(d) En el Al, el electrón eliminado está relativamente desprotegido y no apareado en un orbital p. La mayor energía para el Mg refleja principalmente el desparejamiento del electrón 2s.
¿Para cuál de las siguientes sustancias se requiere la menor energía para convertir un mol del sólido en iones separados? (a) $\text{MgO}$ b) $\text{SrO}$ c) $\text{KF}$ (d) $\text{CsF}$ (e) $\text{MgF}_2$
(d)
La reacción de un metal, $\text{M}$ , con un halógeno, $\text{X}_2$ , procede por una reacción exotérmica como indica esta ecuación: $\text{M} (s) + \text{X}_2 (g) \rightarrow \text{MX}_2 (s)$ . Para cada una de las siguientes, indica qué opción hará que la reacción sea más exotérmica. Explique sus respuestas. (a) un radio grande frente a un radio pequeño para \text{M}^{+2} (c) una energía de enlace creciente para el halógeno (d) una afinidad electrónica decreciente para el halógeno (e) un tamaño creciente del anión formado por el halógeno
La energía de red de $\text{LiF}$ es de 1023 kJ/mol, y la distancia Li-F es de 201 pm. $\text{MgO}$ cristaliza en la misma estructura que $\text{LiF}$ pero con una distancia Mg-O de 205 pm. Cuál de los siguientes valores se aproxima más a la energía de red de $\text{MgO}$ : 256 kJ/mol, 512 kJ/mol, 1023 kJ/mol, 2046 kJ/mol, o 4008 kJ/mol? Explique su elección.
4008 kJ/mol; ambos iones en $\text{MgO}$ tienen el doble de carga que los iones en $\text{LiF}$ ; la longitud de enlace es muy similar y ambos tienen la misma estructura; se espera una cuadruplicación de la energía basada en la ecuación de la energía de red
¿Qué compuesto de cada uno de los siguientes pares tiene la mayor energía de red? Nota: $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{Li}^+$ tienen radios similares; $\text{O}^{2-}$ y $\text{F}^-$ tienen radios similares. Explique sus elecciones. (a) $\text{MgO}$ o $\text{MgSe}$ (b) $\text{LiF}$ o $\text{MgO}$ c) $\text{Li}_2\text{O}$ o $\text{LiCl}$ (d) $\text{Li}_2text{Se}$ o $\text{MgO}$
¿Qué compuesto de cada uno de los siguientes pares tiene la mayor energía de red? Nota: $\text{Ba}^{2+}$ y $\text{K}^+$ tienen radios similares; $\text{S}^{2-}$ y $\text{Cl}^-$ tienen radios similares. Explique sus elecciones. (a) $\text{K}_2\text{O}$ o $\text{Na}_2text{O}$ (b) $\text{K}_2text{S}$ o $\text{BaS}$ (c) $\text{KCl}$ o $\text{BaS}$ (d) $\text{BaS}$ o $\text{BaCl}_2$
(a) $\text{Na}_2\text{O}$ ; $\text{Na}^+$ tiene un radio menor que $\text{K}^+$ ; (b) $\text{BaS}$ ; $\text{Ba}$ tiene una carga mayor que $\text{K}$ ; (c) $\text{BaS}$ ; $\text{Ba}$ y $\text{S}$ tienen cargas mayores; (d) $\text{BaS}$ ; $\text{S}$ tiene una carga mayor
¿Cuál de los siguientes compuestos requiere más energía para convertir un mol del sólido en iones separados? (a) $\text{MgO}$ (b) $\text{SrO}$ c) $\text{KF}$ (d) $\text{CsF}$ (e) $\text{MgF}_2$
¿Cuál de los siguientes compuestos requiere más energía para convertir un mol del sólido en iones separados? (a) $\text{K}_2\text{S}$ (b) $\text{K}_2\text{O}$ (c) $\text{CaS}$ (d) $\text{Cs}_2text{S}$ (e) $\text{CaO}$
(e)

Elemento	Primera energía de ionización (kJ/mol)	Segunda energía de ionización (kJ/mol)
K	419	3050
Ca	590	1140

Notas a pie de página

1 Esta pregunta está tomada del Chemistry Advanced Placement Examination y se utiliza con el permiso del Educational Testing Service.

Glosario

energía de enlace (también, energía de disociación del enlace) energía necesaria para romper un enlace covalente en una sustancia gaseosa energía de red (ΔHlattice) energía necesaria para separar un mol de un sólido iónico en sus componentes iones gaseosos

energía necesaria para separar un mol de un sólido iónico en sus componentes iones gaseosos

$<text{HCl} (g) (g) \longrightarrow \frac{1}{2}text{H}_2 (g) + \frac{1}{2}text{Cl}_2 (g)$	$Delta H_1^{circ} = -\Delta H_{text{f}^{circ}$
$\frac{1}{2}\text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{H} (g)$	$Delta H_2^{{circ}} = \Delta H_{text{f}^{circ}$
\frac{1}{2}{text{Cl}_2 (g) \longrightarrow \text{Cl}(g)	$Delta H_3^{{circ} = \\NDelta H_{text{f}^{circ}$
$<text{HCl} (g) (g) \longrightarrow \text{H} (g) + \text{Cl} (g)$	$Delta H_{298}^{circ} = \Delta H_1^{circ} + \Delta H_2^{\circ} + \Delta H_3^{circ}$
$D_\text{HCl} = \Delta H_{298}^{{circ} = \Delta H_{text{f}^{circ} + delta H_{text{f}^{circ} + \Delta H_{text{f}^{circ}$

Objetivos de aprendizaje

Fuerza de enlace: Enlaces covalentes

Ejemplo

Fuerza de enlace iónico y energía de red

Ejemplo

Aspectos clave

FIN DEL CAPÍTULO EJERCICIOS

Notas a pie de página

Glosario

I

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