QUÍMICA ORGÁNICA UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD SECCIÓN BIOQUÍMICA QUÍMICA ORGÁNICA Prof YELITZA GARCÍA Secc “A” Secc “B”

UNIDAD I. * Estructura del átomo. ENLACES QUÍMICOS e INTERACCIONES INTERMOLECULARES * Estructura del átomo. * Principio de Incertidumbre de Heisemberg. * Principios que rigen el ordenamiento de los e- dentro de cada átomo: I.- Ley del Octeto. 2.- Ley de la mínima energía. 3.- Principio de exclusión de Pauli. * Órbital Atómico. * Números cuánticos. El átomo es la parte más pequeña y más íntima de un ser vivo que puede formar parte de una reacción química. Está formado por un Núcleo que contiene protones y neutrones y una corteza donde se encuentran los electrones girando alrrededor del núcleo. Los protones tienen carga (+) y los e- (-). Los Neutrones no presentan carga y son como el cemento que mantiene unido los protones dentro del núcleo. Los e- giran alrrededor del núcleo y es imposible que nosotros podamos decir con exactitud y de manera simultánea la posición y la velocidad del e- en un momento determinado… Ese es el Principio de Incertidumbre de Heisemberg. De acuerdo con este principio lo mejor que podemos hacer es considerar la probabilidad de que este electrón se encuentre en una región determinada del átomo. Orbital Atómico: También conocido como Densidad electrónica o Nube electrónica, es la probabilidad que existe de que un electrón se encuentre en una región del espacio alrededor del núcleo y dentro del átomo. En las zonas de alta densidad electrónica hay mayor probabilidad de encontrar un e-.Para llegar a esta estructura del átomo y describir como se encuentran dispuestos los e-, fueron muchas las teorías que aportaron los científicos pero la que tiene vigencia actual es la Mecánica Cuántica. El conocimiento de la estructura del átomo nos permite explicar las reacciones que ocurren entre los átomos y las fuerzas que los mantienen unidos formando moléculas, esas fuerzas es lo que vamos a conocer como Enlaces Químicos y las interacciones que ocurren entre los átomos de diferentes moléculas se llaman interacciones intermoleculares.

Célula y Biomoléculas Se sabe que los átomos se unen para formar moléculas y las moléculas tienen propiedades muy diferentes a los átomos que les dieron origen. Podemos encontrar diferentes tipos de moléculas dentro de cada célula del organismo, cada una con funciones específicas. Si tomamos parte de una molécula de ADN para visualizarla a mayor aumento, observamos lo siguiente: que está formada por 5 átomos diferentes.

En esta lámina podemos observar como el ADN, está formado por estos cinco átomos diferentes: Hidrógeno, Carbono, Oxígeno, Nitrógeno y Fósforo, cada uno de éstos, ubicados de una manera específica y repitiéndose en una proporción determinada, formándome la doble hélice del ADN. Vamos a examinar uno de los átomos de esta molécula, para observar su estructura. Allí tenemos el átomo de Hidrógeno, vamos a verlo a mayor aumento.

Átomos y Moléculas Átomo de hidrógeno (H). Contiene un solo protón en su núcleo central, por tanto, su número atómico es "1". (Z=1) El conocimiento de la estructura del átomo nos permite explicar las interacciones que ocurren entre los mismos y como permanecen unidos formando las moléculas. Aquí tenemos el átomo de Hidrógeno formado por un núcleo central con un protón (P) y un neutrón (N), y en la corteza contiene un electrón(e-) que se encuentra girando alrededor del núcleo. De aquí, podemos definir el Átomo como la partícula más pequeña de la materia que puede formar parte de una reacción química, mide aprox 1Aº, pero su diámetro varía dependiendo del tamaño, de la cantidad de e- que contenga y del número de niveles energéticos que presente. Un átomo es eléctricamente neutro cuando tiene igual cantidad de protones y electrones. Los átomos para ser estables deben ser similares a los gases nobles y tener 8e- en su última capa, casi todos los átomos cumplen con esta ley, conocida como la Ley del Octeto, excepto el Hidrógeno, el cual alcanza su estabilidad al tener 2e- en su última capa igual que el Helio. Cuando los átomos no cumplen con la Ley del Octeto, para alcanzar su estabilidad tienen que unirse a otros átomos y compartir los electrones formando de esta manera moléculas. Las moléculas son partículas formadas por la combinación de dos o más átomos iguales o diferentes. Se obtienen a partir de partículas de materia por procedimientos físicos como disolución, ebullición, presión, etc.las moléculas presentan las mismas propiedades de la materia original. Los átomos se obtienen de la materia por procedimientos químicos. Los átomos no conservan las propiedades de la materia de origen.

TABLA PERIÓDICA Aquí en la Tabla Periódica observamos los diferentes átomos que existen y los gases nobles que contienen 8 e- en su última capa.

Distribución Electrónica Niveles de Energía Para saber como se forman los enlaces entre los átomos de una molécula, debemos saber hacer la distribución de los electrones de acuerdo al Nº atómico, para ver cuantos e- hay en la última capa. Recordar: LEY DEL OCTETO: Para que un átomo se encuentre estable debe tener 8e- en su última órbita, sino los tiene debe formar enlaces con otros átomos para alcanzar su estabilidad. LEY DE LA MÍNMA ENERGíA: Los e- se distribuyen desde niveles de menor energía en orden creciente hacia niveles de mayor energía.

Distribución Electrónica Niveles de Energía Nivel Nº de e- Energético permitidos 1 (K) 2 2 (L) 8 3 (M) 18 4 (N) 32 C (Z=6) Al (Z=13) Si (Z=14) Para saber que tipos de enlaces presentan las moléculas es necesario hacer la distribución electrónica de cada uno de los átomos que la conforman. Esta distribución se hace según la Mecánica Cuántica en los 4 números cuánticos: n=Nº cuántico principal, me indica el nivel de energía del electrón y el tamaño del orbital. Siempre vamos a tomar en cuenta la última capa, la última órbita. Los electrones se encuentran distribuidos en Niveles de energía. Cada nivel de energía aloja un Nº determinado de e- y posee una cantidad de energía específico. El nivel de energía es mayor a medida que se aleja del núcleo, pero la cantidad de energía es menor. Los electrones se encuentran distribuidos en Niveles de energía. n: * número cuántico principal * indica el nivel de energía * distancia del e- al núcleo. Cu (Z=29) Ge (Z=32)

Niveles de Energía A mayor valor de n: Nivel de energía n=1 Nivel de energía n=2 Nivel de energía n=3 A mayor distancia entre el núcleo y el orbital menor es la densidad electrónica. A mayor valor de n: *Mayor distancia entre el núcleo y e- *Mayor nivel de energía. *Menor estabilidad. Nivel de energía n=3, m=2

Niveles y Subniveles de Energía Dentro de cada nivel energético los electrones se encuentran distribuídos en subniveles, que me indican la forma y son * Tipos: S= 2e- P= 6e-(px,py,pz) d= 10e- f= 14e- l: es el segundo Nº cuántico, llamado también Azimutal, me indica el subnivel de energía y la forma del orbital atómico. S(spheric) p(pneats), d diffuse) y f (flower). Tiene los siguientes valores: s=o, p=1(-1,0,+1), d=2(-2,-1,0,+1,+2) y f=3 l: número cuántico secundario indica la forma Spheric peanut difuse

ÓRBITALES ATÓMICOS n Hacer la distribución electrónica de : N (Z=7) m:Me muestran la orientación en el espacio donde puede encontrarse un electron. s: Giro del electrón Hacer la distribución electrónica de : N (Z=7) P (Z=15) Ca(Z=20) Mn(Z=25) REGLA DE LA LLUVIA 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5f14 6s2 6p6 6d10 7s2 7p6 Y ubicar dentro de los 4 números cuánticos. n= 2 l= 0, 1 m= -l, 0, +l s= ± 1/2 n l: tiene valores dependiendo del subnivel en el que se encuentre. El valor de l=n-1. m : es el tercer Nº cuántico, llamado también magnético, me muestra la orientación de los orbitales en el espacio, y dependiendo del valor de "l" es el valor de m. Por que m, representa los orbitales. s: tiene sólo un orbital, p: tiene tres orbitales, d: tiene 5 orbitales y f tiene 7orbitales. En cada orbital hay un máximo de 2 electrones. s= spin me sugiere si el giro del electrón en el mismo sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. l 1 2 3 orbital s p d f l 1 2 3 orbital s p d f C, H, O, N, P, S, Cl, Na, K, Ca

ÓRBITALES ATÓMICOS n Hacer la distribución electrónica de : N (Z=7) m:Me muestran la orientación en el espacio donde puede encontrarse un electron. s: Giro del electrón Hacer la distribución electrónica de : N (Z=7) P (Z=15) Ca(Z=20) Mn(Z=25) REGLA DE LA LLUVIA 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5f14 6s2 6p6 6d10 7s2 7p6 n l: tiene valores dependiendo del subnivel en el que se encuentre. El valor de l=n-1. m : es el tercer Nº cuántico, llamado también magnético, me muestra la orientación de los orbitales en el espacio, y dependiendo del valor de "l" es el valor de m. Por que m, representa los orbitales. s: tiene sólo un orbital, p: tiene tres orbitales, d: tiene 5 orbitales y f tiene 7orbitales. En cada orbital hay un máximo de 2 electrones. s= spin me sugiere si el giro del electrón en el mismo sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. l 1 2 3 orbital s p d f l 1 2 3 orbital s p d f C, H, O, N, P, S, Cl, Na, K, Ca

¿COMO SE ORDENAN LOS ELECTRONES EN LA CORTEZA? *Se encuentran distribuídos en Niveles de Energía, Subniveles y Orbitales. Números Cuánticos Nombre Símbolo Valores Carateristicas energéticas Carateristicas físicas Principal Secundario Magnético Espín n l m s 1,2,3….. 0,1,2…n-1 -l...-1,0,+1...+l +1/2 y -1/2 Niveles Subniveles Orbitales electrones Tamaño Forma Orientación Giro l 1 2 3 orbital s p d f Cada orbital puede contener un máximo de 2e-.

PRINCIPIO DE HUND Los e- que tienen el mismo nivel energético van a llenar los orbitales de manera individual y luego se aparean. Z=7 1S2 2S2 2p3 última órbita 2S2 2px1 2py1 2pz1 Y ubicar dentro de los 4 números cuánticos. n= 2 l= 0, 1 m= -l, 0, +l s= ± 1/2 Átomo de Nitrógeno l 1 2 3 orbital s p d f

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI En un átomo cualquiera no pueden existir 2e- en el mismo estado cuántico, deben diferenciarse por lo menos en uno de los valores de los números cuánticos. a a n = 1 l = 0 m = 0 s = -1/2 b n = 1 l = 0 m = 0 s = + 1/2 b Átomo de Helio Z=2 1S2

ASPECTOS BÁSICOS DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA * Estructura del átomo. * Principio de Incertidumbre de Heisemberg. * Principios que rigen el ordenamiento de los e- dentro de cada átomo: I.- Ley del Octeto. 2.- Ley de la mínima energía. 3.- Principio de exclusión de Pauli. * Órbital Atómico. * Números cuánticos.

GRACIAS