ENLACE QUÍMICO
1º medio
Acabamos de exponer la falta de estabilidad de los átomos aislados y la hemos explicado, tomando como referencia la estructura electrónica de los gases nobles, a partir de la regla del octeto. Podemos, por tanto, razonar que cuando los átomos se unen para formar compuestos estables, deben alcanzar también ellos su máxima estabilidad, es decir, deben quedar rodeados de ocho electrones en su última capa para lo cual deberán ceder, ganar o compartir electrones. En este proceso de intercambio o compartición es en el que los átomos quedan unidos entre sí formando moléculas o redes cristalinas, recibiendo estas uniones la denominación de enlace químico. El enlace químico es la unión que se establece entre los átomos o las partículas elementales que constituyen una sustancia. El hecho de que las sustancias se presenten en formas diferentes: moléculas de elementos, moléculas de compuestos y redes cristalinas puede ser explicado por la existencia de distintos tipos de enlace. Vamos a estudiar a continuación los tres tipos de enlaces fundamentales: iónico, covalente y metálico.
ENLACE IÓNICO En el apartado correspondiente a la regla del octeto hemos analizado cómo, mediante transferencia de electrones, un átomo puede convertirse en una especie con carga eléctrica, en un ion. Existen multitud de sustancias constituidas por iones de cargas opuestas, formando siempre redes cristalinas, que reciben la denominación de compuestos iónicos. Este tipo de compuestos está siempre constituido por átomos de elementos situados a la izquierda del sistema periódico y átomos de elementos situados a la derecha del mismo Veamos como ejemplo el caso del compuesto formado entre el sodio y el flúor.
Las configuraciones electrónicas de sodio (Z=11) y el flúor (Z=9) son : Na: 1s2 2s2 2p6 3s1
y
F : 1s2 2s2 2p5
Como podemos comprobar al átomo de sodio le "sobra" un electrón para poder alcanzar su máxima estabilidad, mientras que el átomo de flúor necesita "ganar" un electrón para, igualmente, poder alcanzar su configuración más estable. Si entre ellos se produce una transferencia de electrones, se convertirán en iones de signos contrarios (totalmente estables por tener ocho electrones en su última capa), atrayéndose hasta quedar unidos por un enlace iónico.
El enlace iónico es la fuerza de atracción eléctrica entre iones de signo contrario que se forman como consecuencia de una trasferencia de electrones entre átomos no estables situados en los extremos (derecha e izquierda) del sistema periódico. Un proceso idéntico a este tiene lugar en otros muchos átomos de sodio y flúor, de modo que los iones formados se colocan ordenadamente constituyendo una red cristalina de iones unidos todos ellos fuertemente por enlaces iónicos (fuerzas eléctricas)
Situaciones parecidas a la descrita suceden entre otros muchos átomos aunque la situación de los mismos en el sistema periódico debe ser siempre semejante: unos situados a la derecha del sistema y otros situados a la izquierda del mismo. Además no siempre tiene que intercambiarse un electrón; lo pueden hacer dos y hasta tres electrones, participando dos o más átomos. Veamos como ejemplo el compuesto formado entre el calcio y el cloro. El átomo de calcio (Z=20) tiene por configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 mientras que la del cloro (Z=17) es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Para alcanzar su estabilidad el átomo de calcio necesita perder dos electrones, pero el de cloro sólo puede recibir uno ¿qué ocurrirá? Pues que el átomo de calcio necesita dos átomos de cloro como receptores de sus dos electrones:
Como podemos comprobar los tres átomos se han estabilizado formándose tres iones, aunque la carga global es nula. Evidentemente se formaría una red cristalina iónica igual que en los casos anteriores. A la vista de estos ejemplos podemos entender que la fórmula del compuesto formado entre el sodio y el flúor sea NaF ya que en la red existirá un átomo de sodio por cada átomo de flúor y que la fórmula del compuesto entre el calcio y el cloro sea CaCl2 al existir dos átomos de cloro por cada átomo de calcio. Realiza en tu cuaderno las siguientes actividades
Explica cómo se formaría el enlace entre átomos de azufre (Z=16) y átomos de potasio
(Z=19). ¿Cuál será la fórmula del compuesto formado?
ENLACE COVALENTE Muchas de las sustancias conocidas, como el agua o el diamante, no están formadas por iones sino por átomos que se unen unos a otros mediante un tipo de enlace que llamamos covalente. Se les denomina sustancias covalentes. Existen dos tipos de sustancias covalentes: moleculares y atómicas.
Son sustancias covalentes moleculares casi todos los líquidos y gases y muchos sólidos y en ellas los átomos se agrupan formando moléculas. Este es el caso del oxígeno, del hidrógeno, del agua, etc.
Son sustancias covalentes atómicas algunos sólidos de extraordinaria dureza, caso del diamante o cuarzo y en ellas los átomos se agrupan formando redes cristalinas
Pero en unas y otras existe una característica común: los átomos implicados en el enlace tiene un número elevado de electrones en su última capa por lo que todos ellos tienden a ganar electrones sinque nadie pueda cederlo. ¿Cómo pueden entonces alcanzar su máxima estabilidad?
Veamos un caso concreto: la molécula de flúor, F2 .Como anteriormente habíamos visto, la configuración electrónica del átomo de flúor: F : 1s2 2s2 2p5 muestra la falta de un electrón para alcanzar la configuración electrónica de gas noble por lo que tiene una gran apetencia por incorporar electrones a su última capa. Pero ahora no tenemos un átomo como el de sodio que puede darle el electrón que necesita sino que al contrario frente a él se encuentra otro átomo idéntico que también quiere ganar electrones. Aparece entonces entre ellos una atracción mutua como consecuencia de intentar quitarle los electrones al otro átomo:
Esta atracción trae como consecuencia que los dos átomos se aproximen hasta que se superpongan sus últimas capas llegando a compartir una pareja de electrones entre ellos:
Como podemos comprobar ahora, cada uno de los dos átomos tienen ocho electrones en su último nivel con lo que han alcanzado la máxima estabilidad. Un proceso semejante puede tener lugar también entre átomos diferentes como en el caso del agua. La molécula de agua, H2O, está formada por un átomo de oxígeno O: 1s2 2s2 2p4 y dos átomos de hidrógeno H: 1s1. Estos últimos necesitan un electrón cada uno para lograr la configuración electrónica de gas noble (He: 1s2) mientras que el oxígeno requiere dos electrones para estabilizarse. El proceso es semejante al caso anterior.
Como podemos comprobar los tres átomos se han estabilizado compartiendo dos parejas de electrones el oxígeno y una cada uno de los átomos de hidrógeno. El enlace covalente se forma cuando dos átomos, iguales o distintos pero situados a la derecha del sistema periódico, comparten una o más parejas de electrones. Realiza en tu cuaderno las siguientes actividades
De una forma similar a como hemos realizado el razonamiento en el caso de la molécula de agua, justifica la molécula de amoníaco constituida por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno.
Razona cómo sería el compuesto covalente formado por el carbono y el hidrógeno. ¿Qué fórmula crees que debería tener este compuesto?
La representación de las moléculas covalentes se simplifica bastante si utilizamos la representación ideada por Lewis. Para realizarla se escribe le símbolo de los átomos implicados en el enlace rodeándolos de tantos puntos como electrones posean en la última capa, comprobándose que se cumple la regla del octeto. En algunos casos es frecuente representar mediante un guión una pareja de electrones; si esta pareja corresponde a un enlace el guión une a los átomos y en caso contrario se sitúa sobre uno de ellos. Veamos algunos ejemplos:
Molécula de cloro Cl2
Molécula de H2O
Molécula de amoníaco
Molécula de metano CH4
ENLACE METÁLICO Los metales constituyen un numeroso grupo de elementos con unas características comunes como la de poseer muy pocos electrones en su última capa (normalmente dos y excepcionalmente uno o tres), presentarse en estado sólido (excepto el mercurio), formar redes cristalinas, ser buenos conductores de la electricidad, etc. El enlace en este tipo de elementos se forma de la siguiente forma: los átomos metálicos pierden los electrones de su última capa formando iones positivos, situándose los electrones perdidos por todos ellos entre los huecos dejados por ellos formando una especie de nube o gas electrónico que envuelve a dichos iones evitando la separación de los mismos.
El enlace metálico es la unión que existe entre los átomos de los metales gracias a los electrones interpuestos entre los mismos. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS El tipo de enlace condiciona las propiedades de las sustancias que los presentan, pudiendo distinguir cuatro tipos de sustancias cuyas propiedades más generales se indican en la tabla siguiente:
Sustancias iónicas
Sustancias covalentes Sustancias covalentes moleculares atómicas
Sustancias metálicas
Estructura
Red cristalina de iones positivos y Moléculas negativos
Red cristalina de átomos
Red cristalina de iones positivos y electrones
Estado natural
Sólido
Líquido o gaseoso
Sólido
Sólido
Bajo
Muy elevado
Elevado
Punto de fusión Elevado Solubilidad
Insolubles en agua y Solubles en agua solubles en otros Insolubles disolventes
Conducen la corriente sólo Conductividad fundidas o en disolución Ejemplo
No conductoras
Cloruro de sodio Amoníaco
Insolubles en agua
No conductoras
Buenos conductores
Diamante
Cobre
ELECTRONEGATIVIDAD Y ENLACE Linus Pauling definió la electronegatividad como la capacidad que tienen los átomos de atraer y retener los electrones que participan en un enlace químico. La electronegatividad se ha establecido en escala de 0 hasta 4. Pauling asignó de manera arbitraria un valor de 4 al flúor que es el elemento con más capacidad para atraer electrones. En química los valores de electronegatividad de los elementos se determinan midiendo las polaridades de los enlaces entre diversos átomos. La polaridad del enlace depende de la diferencia entre los valores de electronegatividad de los átomos que lo forman. En general, los diferentes valores de electronegatividad de los átomos determinan el tipo de enlace que se formará en la molécula que los combina. Así, según la diferencia entre las electronegatividades de éstos se puede determinar (convencionalmente) si el enlace será, según la escala de Linus Pauling:
Covalente no polar:
Covalente polar:
Iónico:
¿Cómo Escribir Fórmulas de Lewis?
Hasta el momento se han descrito las fórmulas de puntos (estructuras de Lewis) de algunas moléculas covalentes no polares sencillas (Cl 2, Br2, etc), moléculas covalentes polares (HCl, HBr, etc) y compuestos iónicos, pero también es necesario aprender a escribir estructuras de Lewis de moléculas e iones poliatómicos. El procedimiento sistemático siguiente te facilitará la escritura de fórmulas de puntos de estas estructuras más complejas, en especial de los compuestos de cuatro o más átomos. Los pasos a seguir para escribir fórmulas de puntos, es la siguiente: 1.- Primero escribe el símbolo del átomo central de la estructura (si intervienen tres o más átomos) y distribuye los demás átomos alrededor del átomo central. Los átomos centrales más comunes, entre otros, son los no metales (C, N, P, S y a veces O en el H2O, HOCl).
2.- Calcula el número total de electrones de valencia sumando los electrones de valencia de cada átomo de la molécula o ión. a.- En el caso de un ión negativo, suma a ese total de electrones igual a la carga negativa del ión. b.- En caso de un ión positivo, resta de este total un número de electrones igual a la carga positiva del ión.
3.- Une cada átomo al átomo central mediante un enlace sencillo (que representa un par de electrones). Distribuye los electrones restantes alrededor de todos los átomos para completar un octeto de electrones en torno a cada átomo excepto el hidrógeno, que sólo puede tener dos electrones.
4.- Si el número total de electrones disponibles es menor que el número necesario para completar un octeto, desplaza los pares de electrones (externos) no compartidos para formar uno o más enlaces dobles o triples enlaces. (Hay un doble enlace en la estructura cuando hacen falta dos electrones; un faltante de cuatro electrones indica la presencia de dos dobles enlaces o un triple enlace).
Guía ejercicios enlace químico 1º medio
Debes disponer de tu tabla periódica para informarte de los grupos a que pertenecen los elementos y de sus electronegatividades.
1.- En la siguiente lista clasifica las moléculas de acuerdo a si forman enlaces iónicos, covalentes polares o apolares, basándote en los valores de las electronegatividades
a) H2S
b) SO2
c) C2H4
d) BaCl2
e) CO2
f) H2CO3
2.- Escribe la formula de Lewis para las moléculas que clasificaste con enlace covalente del listado anterior.
