INFORME TRABAJO PRÁCTICO N° 2 ESTRUCTURA DE ÁTOMOS Y MOLÉCULAS

INFORME TRABAJO PRÁCTICO N° 2
ESTRUCTURA DE ÁTOMOS Y MOLÉCULAS

1. Parte Computacional

Objetivos:

Calcular, utilizando el programa Hyperchem, las energías de ionización de los átomos del segundo período, el valor de la energía de unión de tres moléculas (N2 , O2 , F2) y obtener la curva de energía potencial para las moléculas de H2 y He2. Finalmente obtendremos los diagramas de OM de N2 , O2 y CN- ; y por último compararemos la geometría molecular (calculada por la computadora) de NH3 , PCl5 , CO32- con la predecida por TRePEV.

Átomos. Energías de ionización.  (expresar todas las energías en kcal/mol)

Método utilizado: Ab-initio.                 

Base: Small (3-21G)

* Indicar fuente bibliográfica: Atkins-Jones. (2012). Principios de Química (5 ed, pp. 43). Panamericana.

Análisis de la tendencia observada: 

Con los resultados obtenidos se observa una clara tendencia a que la EI aumente hacia la derecha en el período. Sin embargo hay una anomalía no poco notoria que es el pasaje de la EI del nitrógeno a la EI del oxígeno donde la primera es mayor que la segunda (en contra de la aparente tendencia). Esto se debe a que la energía de repulsión entre dos electrones del nivel 2px en el átomo de oxígeno hace que requiera menos energía que el nitrógeno que tendría que “romper” una capa semi-llena para liberarse de un electrón.

Moléculas

Energías de unión.  (expresar todas las energías en kcal/mol)

Método de optimización utilizado: método AM 1.

* Indicar fuente bibliográfica: Atkins-Jones. (2012). Principios de Química 

Análisis de la tendencia observada:

Podemos observar que de los resultados obtenidos en el cálculo de la energía de unión, se desprende una tendencia donde la misma aumenta en un período a medida que nos movemos hacia la derecha.

Curva de energía potencial

Método utilizado: Ab-initio.

Base: Small (3-21G)

Adjuntar gráficos y comentarlos brevemente destacando los aspectos importantes de los mismos, discutiéndolos en términos del significado de unión química.

(ver anexo I)

Al comparar las curvas de H2 y He2 vemos en la primera un notorio “valle” donde la energía potencial alcanza su punto mínimo y por ende donde la molécula de hidrógeno alcanza su estadío de mayor estabilidad. En cambio, al observar el gráfico de He2 notamos que no existe dicho valle en esta curva. Dicho de otra forma el Helio no alcanza una energía potencial mínima necesaria para formar la molécula (tiende a cero pero nunca llega a él). Este fenómeno se lo atribuimos a que, al ser un gas noble, el Helio no podrá (en las condiciones terrestres) formar una molécula de He2 estable.

Describa los resultados obtenidos en el cálculo de la distribución de probabilidad electrónica en función de la distancia y comente las conclusiones obtenidas.

A medida que la distancia entre los átomos de H se achica, vemos (en tres estadíos) como las nubes electrónicas se van fusionando paulatinamente hasta llegar a estar completamente ligadas por un enlace sigma cuya forma se asemeja a la de un maní. En el gráfico, el primer estadío (donde los átomos se encuentran tan separados que sus nubes no interaccionan) se encuentra en la porción de la curva que tiende a cero; el segundo estadío corresponde a la parte en la que la curva tiende a la Ep mínima; el tercer y último estadío lo alcanza en el valle antes mencionado. 

Diagramas de OM

Comentar: tipo de orbitales moleculares presentes en las moléculas diatómicas visualizadas y sus características, número de nodos y energía orbital, órdenes de enlace y energías de unión. Adjunte imágenes de un orbital σenlazante, uno σantienlazante, uno π enlazante y uno π antienlazante.  

(ver anexo II)

La molécula de N2 presenta tres orbitales sigma enlazantes con un nodo cada uno (σ1s-1s , σ2s-2s y σ2p-2p) dos orbitales sigma antienlazantes con dos nodos separados por un plano nodal con probabilidad de encontrar electrones igual a cero cada uno (σ*1s-1s , σ*2s-2s) y un orbital pi enlazante de dos nodos (π2p-2p) Su orden de enlace es igual a tres. La molécula de de O2 presenta tres orbitales sigma enlazantes de un nodo cada uno (σ1s-1s , σ2s-2s y σ2p-2p) dos orbitales sigma antienlazantes de dos nodos separados por un plano nodal cada uno (σ*1s-1s , σ*2s-2s), un orbital pi enlazante de dos nodos (π2p-2p) y un orbital pi antienlazante de cuatro nodos separados por un plano que coincide con el eje molecular y por un plano nodal (perpendicular al eje molecular) de probabilidad cero (π*2p-2p) Su orden de enlace es igual a dos (tanto para el singlete como para el triplete). La molécula de F2 presenta tres orbitales sigma enlazantes de un nodo cada uno (σ1s-1s , σ2s-2s y σ2p-2p), dos orbitales sigma antienlazantes de dos nodos separados por un plano nodal de probabilidad cero (σ*1s-1s , σ*2s-2s), un orbital pi enlazante de dos nodos (π2p-2p) y un orbital pi antienlazante de cuatro nodos separados por dos planos: uno que coincide con el eje molecular y otro plano nodal de probabilidad cero (π*2p-2p) Su orden de enlace es igual a uno.

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