Ejemplo resuelto: interpretación de las curvas de energía potencial de moléculas diatómicas

En un video anterior comenzamos a pensar en la  energía potencial como función de la distancia   internuclear para las moléculas diatómicas. ¿A  qué me refiero con moléculas diatómicas? Bueno,   observamos el hidrógeno molecular o H₂, que son  sólo 2 hidrógenos unidos por un enlace covalente,   y a temperatura y presión estándares la distancia  entre los dos núcleos se mide desde la energía   potencial más baja. Si tuviéramos que juntarlos  más, tendríamos que agregar energía al sistema   y tener una energía potencial más alta, o si  queremos separarlos igualmente tendríamos que   agregar energía en el sistema y tener una energía  potencial más alta. Lo que quiero hacer en este   video es resolver un pequeño ejemplo práctico.  Por aquí tenemos tres energías potenciales   como función de los gráficos de distancia  internuclear, uno de ellos es hidrógeno molecular,   otro es nitrógeno molecular o nitrógeno diatómico  N₂ y otro de ellos es oxígeno diatómico. Y lo que   quiero que hagan es que pausen el video y piensen  cuál gráfico corresponde a la energía potencial   como función de la distancia internuclear  para cada una de estas moléculas diatómicas. Y   les daré una pista: observen el punto más bajo de  energía potencial, el punto más bajo de energía   potencial es lo que normalmente observaríamos  como la distancia internuclear de la molécula   diatómica a esta temperatura y presión estándar,  y esta distancia estará en función de dos cosas:   estará en función de qué tan pequeños son los  átomos, qué tan pequeños son sus radios. En   general los átomos más pequeños van a tener una  distancia internuclear estable más pequeña. Y   la segunda cosa es el orden del enlace entre  estos átomos. Y les daré una pequeña pista:   el hidrógeno diatómico sólo tiene un enlace  covalente, el nitrógeno diatómico tiene un   enlace triple y el oxígeno diatómico tiene un  enlace doble, por lo tanto, cuanto mayor sea el   orden del enlace más cerca estarán los dos átomos  y también tendrán una energía de enlace más alta,   la energía requerida para separar los átomos.  Recuerden: hablamos de eso en el video anterior,   esto de aquí es la energía de enlace. Y dicho  esto, pausen el video e intenten resolverlo. ¿Cuál   de estas es la gráfica de H₂, cuál es de N₂ y cuál  de O₂? Entonces, primero pensemos en términos de   energía de enlace. Si vemos aquí el enlace simple,  el enlace doble y el enlace triple, esperaríamos   que el enlace de orden más alto tenga la energía  de enlace más alta y la energía de enlace más alta   es ésta de color salmón, justo aquí. Con base en  esto diría que este es un buen candidato para N₂,   entonces este de aquí me parece que es nitrógeno  diatómico. Luego la siguiente energía de enlace   más alta, si miramos con cuidado, es esta púrpura  aquí, y así con base en el orden de los enlaces   diría que este es un buen candidato para O₂, y  entonces la energía de enlace más baja es ésta   justo aquí. Y sólo con base en el orden del  enlace, este es un sólo enlace covalente, este   parece ser un buen candidato para el hidrógeno  diatómico, pero también pensemos en los radios   de estos átomos. Si vemos la tabla periódica de  los elementos, podemos ver que el hidrógeno sólo   tiene un electrón en ese primer nivel, por lo que  será el más pequeño. Entonces tiene sentido que   su distancia desde donde está la energía potencial  más baja sea más corta para la molécula diatómica   que está formada por los átomos más pequeños.  Pero luego, cuando miramos a los otros dos,   sucede algo interesante. Recuerden: el radio de  los átomos aumenta entre más bajo estén en una   columna, pero a medida que se avanza hacia la  derecha en una fila, su radio disminuye porque   estamos agregando más y más electrones a la misma  capa, pero las fuerzas de Coulomb están aumentando   entre la capa más externa y el núcleo. Así que si  sólo observamos esa tendencia, cuando pasamos del   nitrógeno al oxígeno, en realidad esperaríamos  que el radio atómico se reduzca un poco;   están uno al lado del otro, puede que estén cerca  pero si decimos "Está bien, el oxígeno tiene un   electrón extra en el mismo segundo nivel, tal vez  sea un poco más pequeño". Entonces, si nos basamos   sólo en esto, diríamos "Bueno, la distancia  internuclear para esta gráfica de color salmón   es un poco más corta. Tal vez esa sea oxígeno y  tal vez esta sea nitrógeno". Pero estaría cerca,   y diría que en general el orden del enlace  tendría mayor prioridad y e orden del enlace,   ya que vemos esta alta energía de enlace, es  el mayor indicador de que esta será la molécula   diatómica de orden de enlace más alto ON₂. Están  cerca en radio atómico, pero esto es lo que hace   toda la diferencia. Tomamos esos dos átomos de  nitrógeno y los apretamos un poco más a pesar   de que podrían ser un poco más grandes, por lo  que me siento bastante bien con esta respuesta.