enlace químico

Enlace
Químico

​Introducción

​El agua H₂O tiene una estructura conocida. Es una sustancia covalente, los dos átomos de H están unidos al átomo de O mediante enlace covalente. La molécula de agua no es lineal, ambos enlaces forman entre si un ángulo que se estima en 105º. Además, la molécula de agua es polar, pues los dos electrones compartidos están mas cerca del O que del H.

​¿Qué electrones de valencia tienen los elementos que componen el agua?

¿Por qué el agua es muy buena como disolvente?

​Repaso

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​La valencia de un elemento es la capacidad que posee para combinarse con otro.

​

​Se denomina enlace químico entre átomos a la fuerza de unión que se establece entre ellos cuando forman moléculas o cristales.

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​El enlace iónico se produce cuando se combinan un metal y un no metal.

​

​El enlace covalente se produce cuando se combinan dos no metales.

​

​El enlace metálico se produce cuando se combinan metales entre si.

​Preguntas iniciales

​1. Consulta el sistema periódico y di cuántos electrones de valencia tienen los átomos de los siguientes elementos:
Helio; Aluminio; Flúor; Potasio; Carbono; Oxígeno; Neón; Calcio

​2. Indica qué tipo de enlace formarán entre sí las siguientes sustancias simples:
Átomos de cinc al unirse entre si; Oxígeno y nitrógeno; Litio y Flúor
Calcio y oxígeno; Átomos de cloro al unirse entre sí.

​El enlace químico

​Metales y no metales tratarán de alcanzar una configuración similar a la de los gases nobles ganando, perdiendo o compartiendo electrones con otros átomos

​

​Se denomina enlace químico al conjunto de las fuerzas que mantienen unidos a los átomos. También son enlaces químicos las fuerzas que mantienen unidas a las moléculas que forman líquidos y sólidos

​1.2. Teoría del enlace entre átomos. Regla del octeto

​Los átomos se enlazan entre sí para alcanzar ocho electrones en su capa de valencia.

​2. Enlace iónico

​

​El enlace iónico se forma cuando se combinan átomos que alcanzan la configuración de gas noble perdiendo electrones y átomos que alcanzan la configuración de gas noble ganando electrones. La fuerza electrostática de atracción los mantiene unidos.

​Actividad

​1. Indica cuántos electrones tienen que ganar o perder los átomos de los siguientes elementos para adquirir la configuración de gas noble, y cuál es ese gas noble.

​S; Al; Li; Sr; I; Cs

​2. Estudia el compuesto que resulta de la combinación de átomos de Na y O

​2.1. La red cristalina

​

​Una red cristalina es una estructura estable donde los iones positivos se rodean del número adecuado de iones negativos, y viceversa

​La red cristalina es la estructura mas común en el enlace iónico.

​2.2. Propiedades de los compuestos iónicos

​Son sólidos a temperatura ambiente. Esto es así porque su red cristalina tiene una gran estabilidad, hay que comunicarle mucha energía para que rompa, Tª de fusión alta.
Tienen dureza alta, es muy difícil separar los iones pero son frágiles porque si se desplaza la red se enfrentan cargas del mismo signo que se repelen y casca.
Muchos compuestos iónicos son solubles en agua porque el agua es una molécula polar y los compuestos iónicos están formados por iones.
No conducen la electricidad en estado sólido porque la red cristalina lo impide pero si conducen la electricidad cuando están fundidos o en disolución.

​2.3. Índice de coordinación y energía de red

​El índice de coordinación indica la proporción de uno de los átomos del enlace con respecto del otro teniendo en cuenta la red que forman. En el caso de la sal NaCl el índice de coordinación es de 6:6, mientras que en el caso del fluoruro de calcio CaF₂ es de 4:2

​La energía de red indica la fortaleza de la red cristalina que se forma, cuanto más alta mayor temperatura de fusión y menor solubilidad, cuanto mas alta la energía de red hay que aportar mas energía para romper los enlaces.

​Propiedades de los compuestos iónicos

​Los compuestos iónicos forman una red cristalina de enlaces fuertes producidos por la fuerza electrostática que se genera por las diferencias de carga entre el anion y el cation.

​Son sólidos a temperatura ambiente.
Tienen un elevado punto de fusión tanto mayor cuanto mayor es la energía de red. Hay que aportar mucha energía para romper los enlaces.
Son duros y frágiles
La dureza es la resistencia al rayado y la fragilidad tiene que ver con la resistencia a los golpes. Son duros porque es complicado separar los iones en el punto donde se raya. Son frágiles porque un pequeño golpe que hace que se desplacen los iones de un plano de la red hace que iones del mismo signo se coloquen enfrentados de tal manera que se repelen.

​Solubilidad.
Muchos compuestos iónicos son solubles en agua. El agua es una sustancia polar, tiene zonas cargadas positivas y negativas, de tal manera que el agua rodea los iones de la sustancia.
Conductividad eléctrica.
Los compuestos iónicos no conducen la electricidad en estado sólido porque la red impide la circulación de cargas pero sí conducen la electricidad fundidos o en disolución porque la red estará rota pero los iones permanecen

​Fragilidad: al golpear el cristal iónico se rompe

​Problemas:
Relaciona los siguientes valores de punto de fusión con la sustancia a la que pertenecen

​Sustancia	​NaF	​KBr	​RbI
​Energía de red (kJ/mol)	​923	682	​630

​Punto de fusión (ºC)	​734	​996	​642

​Relaciona los siguientes valores de solubilidad en agua con la sustancia a la que pertenecen

​Sustancia	BaCl2​	​NaBr	​NaCl
​​Energía de red (kJ/mol)	​2046	​732	​769
​	​	​	​
​Solubilidad en agua (mol/kg)	​6,15	​1,77	​9,19

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​3. Enlace covalente

​El enlace covalente se da cuando se combinan átomos de elementos con electronegatividad parecida y alta, es decir, cuando se combinan no metales entre sí. El O₂ el CO₂ , F₂ son ejemplos de moléculas covalentes.
El enlace se produce porque los electrones compartidos son atraidos por los núcleos de los átomos.

​

​Se forma un enlace covalente cuando se combinan entre sí átomos que tienen tendencia a alcanzar la configuración de gas noble (ns²np⁶) ganando electrones, el único modo de que la consigan los dos átomos que se enlazan en compartiendo los electrones de su nivel de valencia.

​3.1. La regla del octeto y estructura de Lewis

​Para representar los electrones compartidos y los enlaces que se forman entre los átomos, Lewis propuso un sistema. En su sistema se escribe el símbolo del elemento y, al lado del símbolo se representan por parejas los electrones emparejados en la capa de valencia y enfrentados al átomo con el que se enlaza los electrones desapareados.

​Cuando se comparten dos electrones entre dos átomos se forma lo que se denomina un orbital molecular, es un orbital que pertenece a los dos átomos.

​Depende del número de electrones que necesite el átomo para completar su capa de valencia se compartirán uno o varios pares de electrones.

• Si entre dos átomos se forma un enlace, hablamos de enlace simple. Se comparte un par de electrones.

• Si entre dos átomos se forman dos enlaces, hablamos de enlace doble. Se comparten dos pares de electrones.

• Si entre dos átomos se forman tres enlaces, hablamos de enlace triple. Se comparten tres pares de electrones.

​Con los diagramas o las estructuras de Lewis se representa sencillamente la geometría de una molécula y la distribución de los enlaces covalentes.

​

​La fórmula molecular de una sustancia covalente indica el número de cada elemento que hay en una molécula, la fórmula empírica indica la proporción en que se combinan los átomos, a veces no coincide con la molecular.

​Construye la estructura de Lewis de las siguientes moléculas:
a) CH₄ b) NH₃ c) SO d) CHCl₃

​Existen moléculas covalentes en las que, para conseguir estabilidad total de todos los átomos que participan de la molécula uno de los átomos aporta el par de electrones que se comparte (dadora) y otro átomo lo acepta (aceptora).

​3.2. Enlace covalente dativo

​Ejemplos de este tipo de moléculas son: el ion hidronio (H₃O⁺), el ion amonio (NH₄⁺), el dióxido de azufre (SO₂) o el dióxido de nitrógeno (NO₂)

​3.3 Polaridad del enlace covalente

​Cuando hay electronegatividades altas en los átomos que forman la molécula los enlaces se forman porque se comparten electrones. Si las electronegatividades de los átomos que participan de la molécula es diferente el par de enlaces compartido no se distribuye por igual entre los átomos.

​Existe polaridad en el enlace si los átomos que lo forman tienen distintas electronegatividades y apolaridad si tienen igual electronegatividad.

​Ejercicio: Observando la tabla de electronegatividades ordena los siguientes enlaces covalentes según su polaridad. Indica con su símbolo (δ) cuál lleva la carga parcial negativa y cuál la positiva.

​a) O-H b) Si-Cl c) Si-O d) N-I d) S-N

​Las diferencias de cargas que se crean no son cargas completas por eso no se pone el símbolo + ó -, sino δ⁺, para indicar carga parcial positiva y δ^- para indicar carga parcial negativa.

​Moléculas polares formadas por átomos que se enlazan con enlaces covalentes apolares. Puede ocurrir si se trata de una molécula lineal del tipo CO₂. En este caso se dice que la molécula es un dipolo. La polaridad en estos casos depende de la geometría

​Ejercicio. Estudiar la polaridad del enlace entre O e H y entre C y O. Representar la estructura de Lewis de las moléculas de H₂O y CO₂. Estudiar la polaridad de ambas moléculas.

​3.4. Tipos de sustancias cuando se forman enlaces covalentes

​La mayor parte de las sustancias covalentes son sustancias moleculares. La sustancia está formada por moléculas, cada molécula conserva la propiedad de esa sustancia. Ejemplos: H₂O, O₂, HF, etc

​Algunas sustancias covalentes son cristalinas, cuando muchas átomos se unen formando una estructura cristalina.

​3.5. Propiedades de las sustancias covalentes

​Depende de si forman cristales o moléculas.
Propiedades de los cristales covalentes

• Son sólidos a temperatura ambiente. Tienen temperaturas de fusión altas. El enlace es un enlace muy fuerte

• Son duros, romper un enlace tan fuerte requiere mucha energía y frágiles, al golpear se aproximan más que la distancia de enlace lo cual hace que aparezcan repulsiones generadas por los núcleos y que el cristal se rompa.

• Conductividad eléctrica, salvo excepciones son malos conductores de la corriente eléctrica porque no hay electrones libres que puedan moverse por el cristal.

​Propiedades de las sustancias moleculares

• ​Pueden ser sólidos, líquidos o gases dependiendo de los enlaces entre las moléculas que suelen ser enlaces débiles así que sus temperaturas de fusión o ebullición son bajas.

• Son sustancias blandas, se rayan con facilidad. Resistentes a los golpes, pueden recuperar su forma tras el golpe (plasticidad)

• No conducen la electricidad al no tener electrones libres ni formar iones.

• Disuelven semejante a semejante. Las sustancias moleculares polares se disuelven en disolventes polares y las sustancias moleculares apolares se disuelven en disolventes apolares.

​4. Enlace metálico

​Cuando se enlazan entre sí elementos con electronegatividades parecidas y bajas. Cuando se combinan metales entre sí.
Los electrones del nivel de valencia de todos los átomos se sitúan alrededor de los núcleos de forma deslocalizada.
Los átomos de los metales ceden los electrones de la capa de valencia que forman una nube de electrones entre los iones cargados positivamente.

• ​Son sólidos a temperatura ambiente. Estructuralmente forman una red con una estructura interna cristalina. Tienen un punto de fusión alto.

• Son buenas conductoras del calor y la electricidad. Los electrones que forman la nube electrónica tienen una gran movilidad.

• Son dúctiles (hilos) y maleables (láminas). Se les puede dar forma manteniendo la estructura, los cationes y la nube de electrones.

​5. Enlaces en los que participan moléculas

​El comportamiento de las sustancias moleculares no se debe solo a sus enlaces entre los átomos que lo forman sino a los enlaces que se producen entre las propias moléculas. Son enlaces intermoleculares.
Hay 4 tipos: Enlace dipolo-dipolo, enlace de hidrógeno, enlace dipolo instantáneo-dipolo inducido y enlace ion-dipolo.

​Son enlaces débiles pero cohesionan la sustancia.

​5.1. Enlace dipolo-dipolo: Es el que se establece entre moléculas polares.

​5.2. Enlace de hidrógeno: Se da en moléculas que tienen átomos de H unidos a átomos de mayor electronegatividad y de pequeño tamaño (N, O y F). Este enlace puede unir moléculas iguales o moléculas diferentes.

​El agua es una de esas sustancias y los enlaces de hidrógeno son los responsables de sus especiales propiedades:

• Que se mantenga en estado líquido de 0 º a 100 ºC.

• Cuando se solidifica disminuye su densidad.

• Un aumento de presión hace que que el punto de fusión disminuya.

​5.3. Enlace dipolo instantáneo-dipolo inducido: Moléculas apolares formadas por átomos grandes (Br₂, I₂). Puede ocurrir que en un momento los electrones del enlace compartido coincidan en un extremo con lo que se forma un dipolo instantáneo, en ese momento hay una distribución de cargas que induce a moléculas próximas a formarse un dipolo (dipolo inducido). Entre estos dos dipolos se produce una fuerza intermolecular muy débil.

​5.4. Enlace ion-dipolo: se produce cuando un compuesto iónico se disuelve en un disolvente polar, los iones son rodeados por las moléculas polares, se dice que se solvatan. Si la energía de solvatación es mayor que la energía de red el compuesto iónico se disuelve.