Enlaces químicos y su influencia en las características y propiedades de los materiales. Procesos Redox. Matías Molina Gómez, estudiante Ing. civil mecánica Universidad La Serena
Abstract The chemical bonds are the physical process responsible for the attractive interactions between atoms and molecules, and that awards stability to the chemical diatomic and polyatomic compounds. There exist 3 types of links, covalent bond that is the union between not metallic atoms across one compartición of electrons, ionic that is the union between metallic and not metallic atoms in which one delivers an electron and other one receives it, and metal-worker union between metallic atoms that li berate an electron forming an electronic cloud. Each of these links l inks influences notably the characteristics and properties of the materials, since they are these links those that determine the characteristics and properties different from the formed materials depending on the link with the one that has been formed, already it is his resistance, malleability, sheen, conductivity, solubility, etc. Adhiriendo to this the processes redox (oxide - reduction) that are the reactions in which there takes place a transfer of electrons produced in a set of chemical elements, calling oxidation when a compound yields electrons and increases his condition of oxidation and reduction to the opposite process. This report has for aim present in a clear way and adds that it is a chemical bond, which are the types that exist, since they influence the ma terials and also to understand the processes redox to which the materials are exposed.
Índice a) Resumen b) Introducción c) Enlace químico d) Tipos de enlaces químicos e) Influencia de los enlaces en las propiedades de los materiales f) Propiedades entregadas por el enlace iónico g) Propiedades entregadas por el enlace covalente h) Propiedades entregadas por el enlace metálico i) Procesos redox j) Oxidación k) Reducción l) Conclusión m) Recomendaciones n) Bibliografía
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Resumen Los enlaces químicos son el proceso físico responsable de las interacciones atractivas entre átomos y moléculas, y que confiere estabilidad a los compuestos químicos diatómicos y poliatómicos. poliatómicos. Existen 3 tipos tipos de enlaces, enlace covalente que es la unión entre e ntre átomos no metálicos a través de una compartición de electrones, iónico que es la unión entre átomos metálicos y no metálicos en el cual uno entrega un electrón y el otro lo recibe, y metálico unión entre átomos metálicos que liberan un electrón formando una nube electrónica. Cada uno de estos enlaces influye notablemente en las características y propiedades de los materiales, ya que son estos enlaces los que determinan las características y propiedades distintas de los materiales formados dependiendo del enlace con el que se ha formado, ya sea su resistencia, maleabilidad, brillo, conductividad, solubilidad, etc. Adhiriendo a esto los procesos redox (oxido-reducción) que son las reacciones en las cuales se produce una transferencia de electrones producidos en un conjunto de elementos químicos, llamando oxidación cuando un compuesto cede electrones y aumenta su estado de oxidación y reducción al proceso contrario. Este informe tiene por objetivo presentar de una manera clara y precisa que es un enlace químico, cuales son los tipos que existen, como influyen en los materiales y también entender los procesos redox a los cuales los materiales están expuestos.
Introducción Un concepto básico en química es el estudio de cómo los átomos forman compuestos. La mayoría de los elementos que conocemos existen en la naturaleza formando agrupaciones de átomos iguales o de distintos tipos enlazados entre si dando lugar a una extensa gama de materiales y compuestos, todos los compuestos y materiales están constituidos por dos o mas átomos unidos entre si por enlaces, estos enlaces formados por atomos de diversos elementos químicos se llaman enlaces químicos.
I. Enlace químico Un enlace químico se define como la fuerza de unión que existe entre dos átomos, cualquiera que sea su naturaleza, debido a la transferencia total o parcial de electrones para adquirir ambos la configuración electrónica estable correspondiente a los gases inerte; es decir, el enlace es el proceso por el cual se unen átomos iguales o diferentes para adquirir la configuración electrónica estable de los gases inertes y formar moléculas estables.
I.1 Tipos de enlaces químicos Existen tres tipos principales de enlaces químicos: enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. a) Enlace iónico: Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17). En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos. b) Enlace covalente: Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica C, O, F, Cl, ...). Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo ( electrones de valencia ) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto. En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas.
c) Enlace metálico: El enlace metálico es la unión de dos átomos metálicos, es decir, átomos que en su última capa solo disponen de uno o dos electrones libres; son los elementos de la l a primera columna de la tabla periódica (Li, Na, K, Rb, Cs, etc.). En este caso, cada átomo tiene dos opciones, apoderarse de los siete electrones que le faltan a su ultima capa para ser estable, o bien, dejar libre al único electrón que reside en ella. Como es natural la opción más sencilla es la última, así cada átomo dejara libre al electrón ele ctrón situado en su última capa, quedando el átomo establo al tener, sin este electrón, todas las capas completas. Pero al perder un electrón el átomo deja de ser neutro, eléctricamente hablando, ya que sin este electrón existe un exceso de un protón en cada átomo, quedando el átomo cargado positivamente. Todos los electrones libres están en movimiento formando una nube en torno a los núcleos que han abandonado, pero seguirán estando íntimamente ligados a ellos, ya que los núcleos han quedado cargados positivamente, y los electrones disponen de cargas negativas.
II. Influencia de los enlaces sobre las propiedades de los materiales. Las propiedades de los materiales dependen en gran medida de la naturaleza de los enlaces con los que se unen sus átomos, esto quiere decir que sus propiedades y características dependerán si está formado por un enlace iónico, covalente o metálico.
II.1 Propiedades entregadas por enlace iónico. La falta de electrones libres en el enlace determinara las propiedades de este tipo de material. -No posee brillo metálico ya que no existen electrones en movimiento que lo produzcan -Es un material aislante. Al no existir electrones ele ctrones libres, no hay posibilidad de transmitir ningún tipo de información (térmica, eléctrica, de vibración, etc.) a través del material -Son materiales muy duros, pero frágiles, debido a que si se deforma un material de este tipo al mover los átomos las cargas positivas y también las
negativas se verían enfrentadas y se crearía una repulsión, lo que provoca ruptura inmediata -Tienen un alto punto de fusión f usión (600°C-2000°C), ya que para fundir el sólido es necesario romper los enlaces iónicos. -La mayoría de los compuestos iónicos son solubles en agua. Tales como la sal (NaCl), fluorita, etc. et c.
II.2 Propiedades entregadas por enlace covalente. -Son muy duros -Son insolubles en todos los disolventes comunes -Son semiconductores. La existencia de electrones libres dependerá de la energía que se aplique el enlace, y con ello su capacidad de transmitir información -Los materiales con este enlace son materiales intermedios en sus facetas de maleabilidad, dependiendo esta de las condiciones en que se encuentre el enlace -Tienen un elevado punto de fusión, alrededor de 10 00°C o mayores. Tales como el cuarzo, el diamante, etc.
II.3 Propiedades entregadas por enlace metálico -Poseen brillo metálico, debido al movimiento de los electrones que están libres -Conductividad eléctrica elevada, debido a la presencia de un gran número de electrones móviles. -Son materiales dúctiles y maleables, ya que si el material es deformado no se alterara su estado de unión electrostática -Materiales insolubles en agua y en otros disolventes comunes -Buenos conductores de calor, gracias a la alta cantidad de colisiones entre electrones Tales como el cobre, la plata, el oro, el iridio, etc.
Ya visto las propiedades que son entregadas por cada diferente tipo de enlace químico, se ha confirmado que los enlaces químicos juegan una gran importancia en las características que obtendrá cada material, dependiendo de cual enlace cree el material tendrá diferentes características propias definidas por el enlace.
III. Proceso Redox Los procesos Redox, mejor conocidos como los procesos de oxidación y reducción son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor. Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte: -El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación , es decir; oxidándose. -El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir; reducido. Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un par redox. Análogamente, se dice que cuando un elemento químico capta electrones del medio se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor reducido.
III. 1 Oxidación La oxidación es una reacción química muy poderosa donde un compuesto cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación. Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones. Suponer esto que es un error común- implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones. Por ejemplo, en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases dihidrógeno y dicloruro, se da un proceso redox y sin embargo se forma un compuesto covalente.
Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones ele ctrones y la otra los acepta. Ej. Br− + O3 → BrO3−
III. 2 Reducción En química, reducción es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ion gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación. Cuando un ion o un átomo se reduce presenta estas características: características: -Gana electrones. -Actúa como agente oxidante. -Es reducido por un agente reductor. -Disminuye su estado o número de oxidación.
Ej. Fe3+ + e− → Fe2+
IV. Conclusión a) El concepto de enlace químico y sus derivadas han sido definidos precisa y claramente ejemplificando cada caso para una mayor comprensión de estos b) El tipo de enlace químico influye de manera considerable en las propiedades y características de cada material dependiendo del enlace en el cual se a formado c) Los procesos Redox han sido analizados y definidos minuciosamente para su bien entendimiento dando la información necesario sobre en que consiste tanto el proceso de oxidación como el de reducción d) El objetivo de este informe ha sido cumplido exitosamente dando a conocer todos los puntos anteriores
V. Recomendaciones Este informe solo pretende definir de una manera clara y precisa estos procesos y definiciones tomando una idea general de diversas fuentes, cabe la posibilidad que haya alguna contradicción mínima en algunos puntos, pero la idea general ha quedado bien definida
VI. Bibliografía a) http://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3noxidaci%C3%B3n#Consecuencias Fuente wikipedia Reducción oxidación. ”Fundamentos de Química” Química” Undécima edición. b) Hein & Arena ”Fundamentos c) http://www. http://www.sapiens.itgo.com sapiens.itgo.com/documents/doc23. /documents/doc23.htm htm Enlaces químicos. d) http://www. http://www.monografias.com/tra monografias.com/trabajos7/enqui/enqui.s bajos7/enqui/enqui.shtml html Enlaces químicos y sus tipos de enlaces.
