Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Hibridación y enlace químico


La hibridación y el enlace químico son conceptos fundamentales para entender la estructura y el comportamiento de las moléculas. En la química cuántica, estas ideas nos ayudan a explicar cómo los átomos se combinan y forman moléculas con geometrías y propiedades únicas. Esta guía completa tiene como objetivo descomponer estos temas complejos en términos fáciles de entender, soportados por explicaciones textuales y ejemplos visuales.

Entendiendo el enlace químico

En el núcleo de la estructura molecular se encuentra el concepto de enlace químico. Los átomos logran configuraciones más estables al enlazarse entre sí. Los tipos principales de enlaces químicos incluyen enlaces covalentes, iónicos y metálicos:

  • Enlace covalente: Involucra el compartimiento de pares de electrones entre átomos. Los enlaces covalentes ocurren principalmente entre átomos no metálicos. Un ejemplo de esto es la formación de enlace entre dos átomos de hidrógeno para formar una molécula de hidrógeno (H2).
  • Enlace iónico: Esto involucra la transferencia de electrones de un átomo a otro, resultando en la formación de iones. Un ejemplo de esto es el enlace en el cloruro de sodio (NaCl), donde el sodio transfiere un electrón al cloro.
  • Enlace metálico: Este tipo de enlace se encuentra en los metales donde los electrones se mueven libremente en la red de cationes metálicos, contribuyendo a propiedades como la conductividad y la maleabilidad.

Teoría de orbitales moleculares

La teoría de orbitales moleculares (MO) proporciona una comprensión más profunda de cómo los átomos combinan orbitales atómicos para formar orbitales moleculares. Cuando los orbitales atómicos se superponen, forman nuevos orbitales donde los electrones pueden residir, estos son orbitales moleculares. Según la teoría MO, los orbitales moleculares pueden ser de enlace o restrictivos:

  • Orbitales moleculares de enlace: Surgen de la interferencia constructiva de orbitales atómicos y son más bajos en energía que los orbitales originales. Los electrones en estos orbitales ayudan a estabilizar la molécula.
  • Orbitales moleculares anti-enlace: Surgen de la interferencia destructiva y tienen alta energía. Los electrones en estos orbitales pueden desestabilizar una molécula.

Una manera simple de representar estos conceptos visualmente:

Molécula O_2: sigma* anti-enlace |________| | | * | | pi* anti-enlace |________| | | * | | * | | |________| | | pi enlace |________| | | * | | * | | |________| | | * sigma enlace Los "estrellas" denotan orbitales anti-enlace

Concepto de hibridación

La hibridación es un concepto introducido para explicar la geometría molecular. Involucra la combinación de orbitales atómicos para formar nuevos orbitales híbridos que son degenerados, o de igual energía. Los orbitales híbridos pueden explicar las formas de las moléculas y predecir el comportamiento de los átomos en compuestos químicos.

Tipos de hibridación

Los diferentes tipos de hibridación son los siguientes:

  • Hibridación sp: Esto ocurre cuando un orbital s y un orbital p se combinan para formar dos orbitales híbridos sp equivalentes. Esto lleva a una geometría lineal, como se ve en BeF2 y acetileno C2H2. 
    BeF_2: Be: 1s^2 2s^1 2p^1 --> sp F-Be-F (geometría lineal) sp sp FF ---|------------|---- 180°
  • Hibridación sp2: En esta un orbital s y dos orbitales p se combinan para formar tres orbitales sp2. Esto usualmente resulta en una estructura trigonal plana como se ve en BF3 y etileno C2H4. 
    BF_3: B: 1s^2 2s^1 2p^2 --> sp^2 F | - B - F | F (Geometría trigonal plana) sp^2 sp^2 sp^2 F | | / --|-------|-- / 120°
  • Hibridación sp3: Un orbital s y tres orbitales p se combinan para formar cuatro orbitales sp3 equivalentes que son tetraédricos en forma. Los ejemplos incluyen CH4 y NH3. 
    CH_4: C: 1s^2 2s^1 2p^3 --> sp^3 H | - C - H | HH sp^3 H  H --|-------|-- 109.5°

Visualización de los orbitales híbridos

Para visualizar mejor los orbitales hibridados, considere el siguiente ejemplo de una molécula hibridada sp^3, como el metano CH_4:

CH_4: Ejemplo tetraédrico H | H---C---H | H Los orbitales sp^3 se organizan de manera que minimizan la repulsión, resultando en un ángulo de enlace de aproximadamente 109.5°.

Aplicaciones de la hibridación y el enlace

Los conceptos de hibridación y enlace son importantes en una serie de contextos químicos:

  1. Química orgánica: Entender la hibridación es esencial para predecir la estructura y reactividad de las moléculas orgánicas.
  2. Química inorgánica: Los metales de transición a menudo forman iones complejos donde la hibridación puede explicar la geometría inusual.
  3. Ciencia de materiales: La hibridación ayuda en el diseño de nuevos materiales con propiedades electrónicas específicas.

Conclusión

La hibridación y el enlace químico son fundamentales en el campo de la química, proporcionando información sobre la estructura y el comportamiento de las moléculas. A través de modelos de hibridación, los químicos pueden predecir la geometría molecular y los ángulos de enlace. En particular, la teoría de orbitales moleculares complementa la hibridación al describir cómo los electrones se distribuyen dentro de estas moléculas. Juntos, estos conceptos forman la base para entender el vasto y diverso mundo de la química.


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Hibridación y enlace químico

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