1.3: Moléculas

La formación de átomos a partir de partículas fundamentales, por interesante que esto pueda ser para el físico, está lejos de ser la etapa última en la organización de la materia. Como mencionamos anteriormente, cuando los átomos están lo suficientemente cerca entre sí como para que los electrones externos de un átomo puedan interactuar con los otros átomos, entonces se pueden establecer atracciones entre los átomos, lo suficientemente fuertes como para sostenerlos juntos en lo que se denomina un enlace químico. En los casos más simples el enlace surge de la compartición de dos electrones entre un par de átomos, con un electrón proporcionado por cada uno de los átomos unidos. Los enlaces basados en el intercambio de electrones se conocen como enlaces covalentes, y dos o más átomos mantenidos juntos como una unidad por enlaces covalentes se conocen como una molécula. Uno de los principales triunfos de la teoría de la mecánica cuántica en química (ver Capítulo 8) ha sido su capacidad para predecir los tipos de átomos que se unirán entre sí, y las estructuras tridimensionales y reactividades de las moléculas que resultan. (Una sección importante de este libro, Capítulos 8-14, está dedicada a las teorías de unión química.)

Figura 1-2 Formas y tamaños relativos de algunas moléculas simples. Dos átomos unidos parecen interpenetrar debido a que sus nubes de electrones se superponen. Por convención. una unión cónica en un dibujo representa una unión que apunta hacia el observador, con el extremo ancho del cono más cerrado. y una línea discontinua se utiliza para una unión que apunta hacia atrás detrás del plano de la página.

En los diagramas moleculares, un enlace covalente que comparte electrones está representado por una línea recta que conecta los átomos unidos. En la molécula de agua, un átomo de oxígeno (0) está unido a dos átomos de hidrógeno (H). El diagrama para la molécula se puede dibujar de dos maneras:

La segunda versión reconoce que una molécula de agua no es lineal; los dos enlaces H-0 forman un ángulo de 105° entre sí. Las moléculas de gas hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, metano y alcohol metílico (metanol) tienen las siguientes estructuras de enlace:

Estos diagramas muestran solo las conexiones entre los átomos en las moléculas. No muestran las geometrías tridimensionales (o formas) de las moléculas. La Figura 1-2 muestra las formas y el volumen relativo de varias moléculas. Tenga en cuenta que el ángulo de enlace en moléculas que tienen más de dos átomos puede variar. El ángulo en la molécula de agua es de 105°, y el ángulo en el sulfuro de hidrógeno es de 92°; los cuatro átomos conectados al carbono central en metano y alcohol metílico se dirigen a las cuatro esquinas de un tetraedro. La estructura de unión en octano de cadena recta, uno de los componentes de la gasolina, es

Cada uno de los diagramas moleculares mostrados se puede condensar a una fórmula molecular, que dice cuántos átomos de cada elemento hay en la molécula, pero proporciona poca o ninguna información sobre cómo están conectados los átomos. La fórmula molecular para hidrógeno es H ₂; agua, H ₂ 0; sulfuro de hidrógeno, H ₂ S; amoníaco, NH ₃; metano, CH ₄; alcohol metílico, CH ₃ 0H o CH ₄ O; y octano, C ₈ H ₁₈. La fórmula para el octano también se puede escribir

La suma de los pesos atómicos de todos los átomos en una molécula es su peso molecular. Usando los pesos atómicos en la contraportada interior, podemos calcular los pesos moleculares. El peso molecular del hidrógeno, H ₂, es

2 X 1.0080 amu = 2.0160 amu

Una molécula de agua, H ₂ O, tiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, por lo que:

(2 X 1.0080 amu) + (15.9994 amu) = 18.0154 amu

Ejemplo 7

Calcular el peso molecular del alcohol metílico.

Solución La fórmula molecular es CH 3 0H o CH 4 O. Entonces: 1 carbono: 1 X 12.011 amu = 12.011 amu 4 hidrógenos: 4 X 1.008 amu = 4.032 amu 1 oxígeno: 1 X 15.999 amu = 15.999 amu Masa total de partículas: 32.04 amu (Si se pregunta por qué se ha bajado la última cifra, vea la discusión de cifras significativas en el Apéndice 4.)

En el Ejemplo 7 notar que el peso atómico natural del carbono no es 12.000 amu sino 12.011 amu, ya que el carbono se presenta como una mezcla de 98.89% carbono-12 y 1.11% carbono-1-3, con trazas de carbono-14.

Ejemplo 8

¿Cuál es el peso molecular del octano puro?

Solución Dado que la fórmula molecular es C 8 H 18 “, el peso molecular es: (8 X 12.011) + (18 X 1.008) = 114.23 amu

Colaboradores y Atribuciones

• R. E. Dickerson, H. B. Gray, and G. P. Haight, Jr. Content was used from "Chemical Principles", an introductory college-level text for General Chemistry with permission of the Caltech library and Harry B. Gray, on behalf of the authors.