Longitud de enlace y energía de enlace

Si tuviéramos que encontrar una muestra pura  de hidrógeno, lo más probable es que sus átomos   individuales no estén flotando separados por ahí,  sino que la mayoría de ellos, si no es que todos,   estarán unidos formando lo que se conoce como  hidrógeno diatómico, que representamos como H₂.   Otra forma de representarlo es uniendo los átomos  del hidrógeno diatómico por un enlace para formar   una molécula diatómica como esta, una molécula  que sólo está hecha de dos átomos de hidrógeno.   Y por esto tiene sentido que sea estable, ya  que cada uno de los átomos individuales de   hidrógeno tiene 1 electrón de valencia en su  estado neutro, y si comparten sus electrones   de valencia, ambos pueden sentir que tienen  completa su capa más externa, por lo tanto,   esta raya representa un par de electrones que  se comparten en un enlace covalente. Ahora,   lo que vamos a hacer en este video es pensar  en la distancia entre los átomos. Como ejemplo,   imaginemos 2 hidrógenos de esta forma. Aquí  tenemos un átomo de hidrógeno y por acá otro átomo   de hidrógeno. Resulta que a temperatura y presión  estándar la distancia entre los centros de los   átomos es aproximadamente igual a 74 picómetros.  Y recordemos qué tan pequeño es un picómetro:   un picómetro es la billonésima parte de 1 metro.  Así que estas son 74 billonésimas partes de metro,   es decir, estamos hablando de distancias muy  pequeñas. Y una pregunta interesante sería:   ¿por qué es esta la distancia?, ¿qué pasaría si  intentáramos comprimirlos más?, o ¿qué pasaría   si intentamos separarlos? Para pensar en esto,  haremos una pequeña gráfica que compara la energía   potencial y la distancia. En el eje vertical  pondremos la energía potencial, y todavía no   daré las unidades, sólo lo pensaremos en términos  conceptuales muy generales, podremos pensar en   las unidades en un momento. Por acá tenemos la  distancia entre los centros atómicos: podemos ver   esto como la distancia entre los núcleos, y esta  distancia la daremos en picómetros. Ahora bien,   si lo pensamos, la energía potencial debe de  ser relativa a algo más, así que, de manera   arbitraria, digamos que a una distancia de 74  picómetros nuestra energía potencial está por   aquí, aunque no vamos a etiquetar este eje aún.  Ahora, ¿qué le pasará a la energía potencial si   quisiéramos alejar estos dos átomos? Bueno, esta  es la distancia típica a la que se encuentran,   así que probablemente sea un punto bajo en la  energía potencial. Si hacemos que se alejen,   entonces añadiremos energía, lo que hará que la  energía potencial aumente. Para que esto tenga más   sentido, imagina un resorte por aquí. Si queremos  alargarlo, es decir, si jalamos cada uno de los   extremos del resorte, estamos añadiendo energía,  lo que aumenta la energía potencial, ya que si lo   soltamos se acelerarán de regreso un extremo hacia  el otro. Por lo tanto, a medida que alejamos los   núcleos agregamos energía potencial; al tener  distancias cada vez mayores entre los núcleos   aumenta la energía potencial. Y si lo llevamos  realmente lejos tenderemos hacia una asíntota   en cierto valor, y ese valor será la energía  potencial si estos dos átomos no estuvieran   enlazados de ninguna forma, si ellos, en cierto  punto, no estuvieran relacionados entre sí, es   decir, si no interactuaran. Y este es el punto que  la mayoría de los químicos y físicos o científicos   marcarían como energía potencial 0, es decir, la  energía en la que están infinitamente lejos uno   del otro. Y este es el valor de la asíntota a la  que tenemos; así que dibujemos nuestra asíntota   y llamémosla cero. De hecho, es buen momento de  poner unidades. Vamos a decir que esto está dado   en Kilos Jules por mol. Una vez más, al alejarnos  a medida que se separan más y más, nos acercamos   más y más a esta asíntota, es decir, a que los  átomos no interactúen. ¿Por qué pasa esto? Porque   entre más y más y más los alejes, las fuerzas  de Coulomb entre ellos serán cada vez más y más   y más débiles. Es por esta razón que les gusta  considerarla como la energía potencial 0. Bien,   ¿qué pasa si pensamos en el caso contrario?,  ¿qué pasará si queremos acercarlos más? Bueno,   otra vez pensemos en un resorte. Si imaginas  un resorte como este, de la misma manera que   necesitas añadir o aumentar la energía potencial  del resorte para alargarlo o separar sus extremos,   también necesitarás aplicar energía para  comprimirlo un poco más. Por lo tanto,   para que estos dos átomos estén cada vez más  cerca, tendremos que añadir energía al sistema   y aumentar la energía potencial. ¿Y por qué  tenemos que agregar más energía al sistema?   Bueno, porque entre más se presionen estos dos  núcleos, sus cargas positivas se van a repeler y,   por lo tanto, tendremos que superar esa fuerza,  lo que agregará energía potencial al sistema;   mientras que los electrones van a empezar  a traslaparse entre ellos y, por lo tanto,   también se van a repeler. Entonces, lo que  acabamos de esbozar, de manera conceptual,   es la idea de que si queremos que realmente se  traslapen entre sí, entonces vamos a tener una   energía potencial muy grande. Y la idea de que  si queremos que se separen demasiado entre sí,   no tendremos una energía potencial tan grande,  pero será mayor a la que tendríamos en este punto   estable. El punto estable es estable porque es un  punto mínimo, es el punto más bajo de esta gráfica   de energía potencial. Podrías verlo como correcto,  y resulta que, para un hidrógeno diatómico esta   diferencia entre 0 y el punto donde lo encontramos  a presión y temperatura estándar, esta distancia   que tenemos aquí, es de 432 KJ/mol, así que aquí  estamos en el punto -432 KJ/mol. Así que una   cosa interesante que podemos preguntarnos en un  diagrama como este es: ¿cuánta energía necesitamos   para separar estos dos átomos, es decir, para  romper por completo este enlace? Bueno, sería   la energía requerida para separarlos por completo,  así que será esta energía que tenemos aquí o 432   KJ. A esto se le conoce como energía de enlace, es  decir, la energía que se requiere para separar los   átomos. Y en videos futuros veremos que cuanto más  pequeños son los átomos individuales y mayor sea   el orden de los enlaces, de un enlace simple  a un enlace doble a un enlace triple, cuanto   mayor sea el orden de los enlaces mayor será la  energía de enlace con la que vamos a trabajar.