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Unidad 3C - Física y Química (1º Bachillerato): Enlace químico
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Enlace químico• Naturaleza del enlace químico
• Tipos de enlace químico
• Enlace iónico
• Propiedades de los compuestos iónicos
• Enlace covalente
• Enlace covalente dativo
• Polaridad del enlace covalente
• Fuerzas intermoleculares
• Propiedades de los compuestos covalentes
• Enlace metálico
• Propiedades de los metales
• Propiedades de las sustancias (resumen)
Naturaleza del enlace químico
Se llama enlace químico a cualquiera de los mecanismos de unión que existe entre átomos.
Los átomos se enlazan formando compuestos con el fin de adquirir conjuntamente configuraciones electrónicas estables.
Cuando dos átomos se unen para formar una agrupación más estable, disminuye la energía potencial del sistema.
En 1916, G. Lewis propone la regla del octeto: para lograr la máxima estabilidad los átomos tienden a alcanzar la configuración electrónica de gas noble (ns2 np6), con 8 electrones en la última capa.
Naturaleza del enlace químico (2)
Los electrones de valencia de un elemento se representan mediante símbolos y estructuras de Lewis:
El enlace químico siempre tiene una naturaleza electrónica.
Existen tres tipos de enlace químico:
• ENLACE IÓNICO: Se da entre metales y no metales. Se caracteriza por la formación de iones de signo opuesto que se atraen entre sí.
• ENLACE COVALENTE: Tiene lugar entre no metales. Al unirse, los átomos comparten algunos electrones de valencia.
• ENLACE METÁLICO: Se da entre los metales. Cada átomo libera sus electrones de valencia, formándose una “nube electrónica” compartida.
Tipos de enlace químico
Una de las formas de alcanzar la configuración de gas noble es perdiendo o ganando electrones.
El sodio cede un electrón al cloro. Así, ambos consiguen completar el octeto en su capa de valencia.
Enlace iónico
2 2 6 1
2 2 6 2 5
Na (Z=11): 1s 2s 2p 3s
Cl (Z=17): 1s 2s 2p 3s 3p
Los iones formados quedan unidos por atracción electrostática entre cargas de distinto signo.
Electrovalencia de un elemento es la carga eléctrica del ion que forma su átomo para formar el enlace iónico.
El enlace iónico se produce entre átomos de elementos que tienen muy diferente electronegatividad.
Un ión ejerce fuerzas en todas direcciones, de modo que cada ión positivo atrae a todos los iones negativos vecinos, rodeándose del mayor número de ellos posible, y viceversa.
Enlace iónico (2)
Los compuestos iónicos no forman moléculas, sino agregados iónicosque dan lugar a redes cristalinas geométricas.
La fórmula química corresponde a una fórmula empírica, que reflejala proporción de los iones.
Enlace iónico (3)
• A temperatura ambiente, son sólidos cristalinos.
• Tienen altas temperaturas de fusión y de ebullición.
• Son duros (oposición a ser rayados) y frágiles (un golpe seco alterala red).
• Muchos son solubles en disolventes polares (como el agua), peroninguno en disolventes apolares (gasolina, benceno).
• En estado sólido no conducen la electricidad, sin embargo fundidoso en disolución se convierten en conductores de la electricidad.
Propiedades de los compuestos iónicos
En 1916, Lewis y Langmuir sugirieron que los átomos podían conseguir su octeto compartiendo pares de electrones.
Por ejemplo, la molécula de flúor: F2.
Su configuración electrónica es: 1s2 2s2 2p5
Cuando dos átomos comparten un par de electrones para completar su capa de valencia según la regla del octeto, forman un enlace covalente.
Enlace covalente
par común
Estructuras o diagramas de Lewis: consisten en la representación de los electrones de valencia mediante puntos o cruces en los cuatro lados alrededor del símbolo del elemento.
Enlace covalente (2)
Enlace covalente (3)
Otras Estructuras de Lewis:
Enlace covalente (4)
Se llama covalencia o valencia covalente de un átomo al número de electrones desapareados que tiene dicho átomo. Coincide con el número de enlaces covalente que forma.
La configuración electrónica del carbono en su capa de valencia es:
2s2 2p2
Para explicar la covalencia 4, típica del átomo de carbono, se hace uso del concepto de promoción electrónica:
El átomo de C toma energía de su entorno y promociona un electrón del orbital 2s al orbital 2p desocupado:
2s1 2p3
Así, tiene 4 electrones desapareados y puede formar cuatro enlaces.
2s 2p
2s 2p
Los dos electrones compartidos pueden provenir de un solo átomo. En este caso se habla de enlace covalente dativo o coordinado y, en lugar del guion, se emplea una flecha dirigida hacia el átomo que no aportó ningún electrón para representarlo.
Enlace covalente dativo
Enlace covalente dativo (2)
Otros ejemplos de enlace covalente dativo:
NH
H
H H NH H
H
H
amoniaco ion hidrógeno
donante de un
par de electrones
receptor
O S O S o
O S OO
O S o
O S
O
O S
receptor
Donante de un
par de electrones
Formación del SO
Formación del SO2
ion amonio NH4+
Cuando los dos átomos unidos por enlace covalente son idénticos , el par de electrones se comparte por igual, ya que ambos tienen la misma electronegatividad. Se dice que el enlace es covalente apolar.
Pero si los átomos unidos tienen electronegatividades diferentes, los electrones no se comparten por igual. El más electronegativo atrae más a la nube electrónica hacia sí. Se origina así un dipolo eléctrico, y decimos que el enlace covalente es polar.
El enlace iónico, como el NaCl, sería el caso extremo de la polaridad de un enlace covalente.
Polaridad del enlace covalente
Cl ClH H N N F FO O
El enlace iónico puro sería el caso límite de la polaridad. Por tanto, puede considerarse a los enlaces covalentes polares como enlaces covalentes con cierto carácter de enlace iónico.
Polaridad del enlace covalente (2)
La presencia de enlaces polares, no garantiza la polaridad de la molécula. Por ejemplo, la molécula SO2 es polar y, sin embargo, la de CO2 no es polar, aunque todos ellas responden a la misma fórmula general, AX2.
Este hecho es debido a la geometría molecular. En el CO2 (geometría lineal) el efecto de los dipolos eléctricos se anula, pero en el SO2 (angular) esto no es así.
Fuerzas intermoleculares son las interacciones de atracción entre moléculas.
Tienen un origen electrostático y son las responsables del estado físico de las sustancias moleculares.
Las fuerzas intermoleculares pueden ser de los siguientes tipos:
Fuerzas de Van der Waals
• Fuerzas de London o de dispersión
• Fuerzas dipolo-dipolo inducido
• Fuerzas dipolo-dipolo
Enlace de hidrógeno
Fuerzas intermoleculares
FUERZAS DE DISPERSIÓN: se dan en todo tipo de moléculas (apolareso polares) y se deben a la formación de dipolos instantáneos que son inducidos por la asimetría eléctrica en un momento dado.
Son fuerzas muy débiles, y aumentan con el tamaño y con la masa molecular.
Fuerzas intermoleculares (2)
FUERZAS DIPOLO-DIPOLO: se dan en el caso de moléculas polares. Los dipolos permanentes originan atracciones entre cargas de signo opuesto.
Son más débiles que las uniones entre iones de signo opuesto, pero pueden dan lugar a agrupaciones compactas (líquidos y sólidos).
Fuerzas intermoleculares (3)
ENLACE DE HIDRÓGENO: es un caso extremo de interacción dipolo-dipolo. Es más intenso que las fuerzas de Van der Waals.
Se forma sólo entre moléculas polares que tienen átomos de H unidos a un elemento muy electronegativo (F, O, N).
Se produce por la acción eléctrica entre el núcleo de H y el par de electrones no enlazante del átomo electronegativo (F, O, N) de la molécula vecina.
Fuerzas intermoleculares (4)
Propiedades de las sustancias covalentes moleculares:
• La mayoría son gases. Las hay también líquidas (agua, alcohol etílico) e incluso sólidas (yodo y azufre), pero con bajos puntos de fusión y ebullición.
• No conducen la electricidad.
• Las sustancias polares disuelven a las polares (el NH3 se disuelve en H2O). Las sustancias apolares disuelven a las apolares (el I2 se disuelve en CCl4).
Propiedades de los compuestos covalentes
Propiedades de las sustancias con red covalente:
• Presentan altos puntos de fusión y ebullición.
• Son sustancias muy duras.
• Son prácticamente insolubles en cualquier tipo de disolvente.
• No son conductores de la electricidad (excepto el grafito) y tampoco son buenos conductores del calor.
Propiedades de los compuestos covalentes (2)
diamante
grafito
sílice
• Cada átomo de metal cede electrones de valencia, convirtiéndose en un ion positivo. Los iones positivos se ordenan de forma compacta en una red cristalina tridimensional.
• Los electrones cedidos se mueven libremente en la red, formando un mar o gas electrónico que rodea los iones positivos y los mantiene unidos.
Enlace metálico
Modelo del mar de electrones (o del gas electrónico):
Propiedades de los metales
• Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el Hg). La mayoría tienen altos punto de fusión y ebullición .
• En general son muy densos debido a la estructura compacta de la red cristalina.
• Poseen un brillo característico (brillo metálico).
• Son flexibles, dúctiles y maleables.
• Son excelentes conductores del calor y de la electricidad.
• No se disuelven en los disolventes ordinarios.
Propiedades de las sustancias