Lalongitud de enlace es la distancia media entre los dos núcleos de los átomos unidos en un enlace covalente.
La energía de enlace es la energía potencial necesaria para romper un enlace covalente.- Para empezar, aprenderemos la fórmula de la longitud de enlace y cómo se mide.
- A continuación, estudiaremos las tendencias comunes de la longitud de los enlaces y veremos cómo se refleja en la tabla periódica.
- Después, nos familiarizaremos con la tabla de longitudes de enlace.
- Por último, veremos en detalle la longitud de enlace de las moléculas de hidrógeno y los dobles enlaces.
¿Qué es la fórmula de la longitud de enlace?
Si has leído Fuerzas intramoleculares y energía potencial, deberías tener una comprensión básica de la longitud de enlace como la distancia entre los dos núcleos de átomos enlazados covalentemente cuando la energía potencial del enlace está al mínimo. Pero repasemos brevemente algunos principios básicos que hay que tener en cuenta sobre la longitud de enlace antes de entrar en detalles.
- La longitud de enlace suele medirse en una unidad llamada picómetro (pm) o Angstrom (Å).
- Los factores que afectan directamente a la longitud del enlace son el orden del enlace y el radio atómico.
- La longitud deenlace y la energía de enlace están inversamente relacionadas.
Como vimos en la metáfora de la amistad, este último punto sobre la relación inversa entre la longitud y la energía del enlace significa que, a medida que disminuye la longitud del enlace, aumenta la energía del enlace. La fórmula que demuestra esta relación se conoce como Ley de Coulomb.
La Ley deCoulomb afirma que las fuerzas similares se repelen, mientras que las fuerzas opuestas se atraen.
La fórmula asociada a la Ley de Coulomb es:
En este caso, k es la constante de Coulomb, q se refiere a la carga electrostática de los átomos, r al radio atómico y F a la fuerza eléctrica que equivale a la energía de enlace.
La Ley de Coulomb se asocia principalmente con los enlaces iónicos y sus interacciones, pero en los enlaces covalentes existen fuerzas coulómbicas débiles entre los electrones cargados negativamente y los núcleos cargados positivamente de los átomos enlazantes. Aunque es útil estar familiarizado con la ley de Coulomb, ya que demuestra matemáticamente la relación inversa entre la longitud y la fuerza del enlace, utilizarás otros medios para determinar la longitud de enlace de los enlaces covalentes.
La fórmula de Coulomb puede utilizarse para demostrar la relación entre la fuerza de enlace y la longitud de enlace en sentido amplio, pero suele asociarse con los enlaces iónicos y sus interacciones. Esto se trata en detalle en La ley de Coulomb y la fuerza de interacción.
Entonces, ¿qué otros medios existen para calcular la longitud de los enlaces?
Las formas más habituales de calcular la longitud de enlace de los enlaces covalentes son los diagramas de energía potencial y la tabla de radios atómicos. Nos centraremos en los radios atómicos; consulta Diagramas de energía potencial química para saber más sobre cómo determinar la longitud de enlace a partir de un diagrama de energía.
Pensemos por qué el radio atómico afecta a la longitud del enlace.
Es muy sencillo. A medida que aumenta el tamaño de los átomos, aumenta también la distancia entre sus núcleos. Teniendo esto en cuenta, podemos seguir estos tres pasos para calcular la longitud del enlace:
1. Dibuja SIEMPRE la estructura de Lewis de la molécula y determina el orden de los enlaces.
2. Halla los radios atómicos de los dos átomos en una tabla de radios atómicos.
3. Suma los dos radios atómicos.
Hagamos un ejemplo sencillo e intentemos calcular la longitud aproximada del enlace del H2.
En primer lugar, haz un esbozo rápido de la estructura de Lewis para el enlace del H2.
Deberías haber dibujado un enlace simple:
A continuación, hagamos referencia a la pequeña parte de la tabla de radios covalentes que se adjunta a continuación:
| Número atómico | Elemento | Radios covalentes | ||
| Enlaces sencillos | Enlaces dobles | Enlaces triples | ||
| 1 | H | 31 | - | - |
| 2 | He | 28 | - | - |
| 3 | Li | 128 | 124 | - |
| 4 | Be | 96 | 90 | 85 |
Como vemos, el radio covalente de un átomo de hidrógeno es de 31 pm.
Por último, sumamos la suma de los radios atómicos de los dos átomos de la molécula. Como ambos átomos son de hidrógeno, la longitud del enlace es de 31 pm + 31 pm, aproximadamente 62 pm.
Es importante comprender las tendencias generales asociadas a la longitud de enlace, ya que a menudo necesitarás saber cómo ordenar la longitud de enlace de las moléculas en función del orden de enlace o del radio atómico.
Tendencias de la longitud de enlace
Vamos a ver dos tendencias diferentes relacionadas con la longitud de enlace:
longitud de enlace y orden de enlace
longitud de enlace y radio atómico
Longitud y orden de enlace
Ya deberías saber que el orden de enlace se refiere al número de pares de electrones compartidos en un enlace covalente.
Enlaces simples = 1 par compartido
Enlaces dobles = 2 pares compartidos
Enlaces triples = 3 pares compartidos
A medida que aumenta el número de electrones compartidos en los enlaces, la atracción entre los dos átomos se hace más fuerte, acortando la distancia entre ellos(longitud del enlace). Esto también aumenta la fuerza del enlace(energía de enlace) porque la atracción entre los átomos es más fuerte, lo que hace que sea más difícil separarlos.
La forma correcta de pensar en la disminución de la longitud del enlace es Enlaces simples > Enlaces dobles > Enlaces triples .
Fig.1-Enlaces simples, dobles y triples carbono-carbono
Para recordarlo, puedes pensar
Menospares de electrones = Enlace máslargo = Menorfuerza de enlace
Variospares de electrones = Enlaces máscortos = Mayorfuerza de enlace
Longitud de enlace y radio atómico
También hemos mencionado la relación entre la longitud del enlace y el radio atómico .
- Los átomos más grandes tendrán una longitud de enlace mayor
- Los átomos más pequeños tendrán una longitud de enlace menor
La tendencia es útil porque podemos utilizar la tendencia periódica del radio atómico para averiguar la longitud del enlace.
- La longitud de enlace aumenta descendiendo por los grupos de la tabla periódica.
- La longitud de enlace disminuye al atravesar los periodos de la tabla periódica.
Utilizar esta tendencia nos permite comparar correctamente las longitudes de enlace de moléculas que tienen el mismo orden de enlace y sólo difieren en un átomo, ¡como CO, CN y CF!
¿Colocamos CO, CN y CF en orden creciente de longitud de enlace? ¿Y la energía de enlace?
¿Cuál crees que es el primer paso?
Siempre tenemos que dibujar una estructura de Lewis para determinar el orden de los enlaces (por supuesto, en este caso sabemos que todos son enlaces sencillos, ¡pero es mejor acostumbrarse a dibujarlos!)
Como el orden de los enlaces es el mismo, sabemos que todo se reduce al radio atómico. Localicemos el O, el N y el F en la tabla periódica.
Fig.2- La Tabla Periódica
Fig.3-La longitud de los enlaces aumenta en un grupo
Podemos ver que el O, el N y el F están todos en el Periodo 2. A medida que avanzamos por un período, ¿qué ocurre con el radio atómico y, a su vez, con la longitud del enlace?
¡Disminuye! Por tanto, sólo tenemos que colocar las tres moléculas en el orden inverso al que están en el periodo para mostrar una longitud de enlace creciente, que sería
CF > CO > CN
Pero, ¿qué ocurre con el aumento de la energía de enlace?
Bien, sabemos que la longitud de enlace es inversamente proporcional a la energía de enlace, así que para que la energía de enlace aumente, la longitud de enlace debe disminuir... ¡le damos la vuelta!
CN > CO > CF
Echa un vistazo a Tendencias periódicas si quieres refrescar las tendencias de los radios atómicos.
Gráfico de longitud de enlace
Veamos un diagrama de longitud de enlace para ver las tendencias del orden de enlace, la longitud de enlace y la energía de enlace.
| Bono | Tipo de enlace | Longitud de enlace (pm) | Energía de enlace (kJ/mol) |
| C-C | Sencillo | 154 | 347 |
| C=C | Doble | 134 | 614 |
| Triple | 120 | 839 | |
| C-O | Simple | 143 | 358 |
| C=O | Doble | 123 | 745 |
| C-N | Simple | 143 | 305 |
| C=N | Doble | 138 | 615 |
| Triple | 116 | 891 |
Podemos ver que nuestras tendencias se mantienen comparando .
| Representación de los enlaces | Orden de enlace ↑ | Longitud de enlace↓ | Energía de enlace ↑ |
| C-C | Enlace simple | 154 | 347 |
| C = C | Enlace doble | 134 | 614 |
| Triple enlace | 120 | 839 |
A medida que aumenta el orden de enlace, la longitud del enlace disminuye mientras quela energía del enlace aumenta.
Longitud del enlace con hidrógeno
Acerquémonos a los enlaces con hidrógeno para ver el efecto que tiene el radio atómico sobre la longitud y la fuerza del enlace.
Fig.3-Longitud del enlace aumentando en un grupo
Esta imagen nos ayuda a visualizar qué ocurre con la longitud del enlace a medida que descendemos en un grupo de la tabla periódica y por qué. Todos estos enlaces son sencillos, por lo que el orden de enlace es el mismo. Esto significa que la diferencia está en el radio atómico.
A medida que aumenta el radio atómico, los electrones de valencia están más alejados del núcleo, lo que crea una mayor longitud de enlace y una menor fuerza de enlace.
Longitud de enlace - Puntos clave
- La longitud de enlace es la distancia media entre los dos núcleos de los átomos enlazados en un enlace covalente.
- Se ve afectada por el orden del enlace y el radio atómico.
- A medida que aumenta la longitud del enlace, disminuye la energía de enlace, debido a una relación inversa entre ambas.
- Al aumentar el orden de los enlaces, los átomos se acercan entre sí y la longitud del enlace disminuye.
- Enlaces simples > Enlaces dobles > Enlaces triples
- A medida que aumenta el radio atómico , los núcleos acaban más alejados de los electrones de valencia y aumenta la longitud del enlace.
Referencias
- Brown, Theodore L, H E. LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward y Matthew Stoltzfus. Química: La Ciencia Central. , 2018. Imprime.
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