Enlaces químicos
y estado sólido cristalino
Enlace químico
Las primeras especulaciones respecto a la naturaleza del enlace químico
comenzaron en el siglo XII. Se suponía que ciertos tipos de especies químicas
estaban unidas entre sí por un tipo de afinidad química, posteriormente En 1704, Isaac Newton expuso su
teoría de enlace atómico, donde los átomos se unen
unos a otros por alguna "fuerza"
entonces Newton concluyo que lo que
inferiría posteriormente a partir de su cohesión es que: Las partículas se atraen unas a otras
por alguna fuerza, que en contacto inmediato es excesivamente grande, a
distancias pequeñas desempeñan operaciones químicas y su efecto deja de
sentirse no lejos de las partículas. En 1819, con la invención de la pila
voltaica se desarrolló una teoría de combinación química, introduciendo
indirectamente el carácter electropositivo y electronegativo de los átomos
cambiantes que tiempo después se amplió y descubrió la teoría de radicales,
desarrollando la teoría de valencia, originalmente llamado "poder
combinante" en que los compuestos se mantenía unidos debido a la atracción
entre polos positivo y negativo. En 1916, el químico Gilbert N. Lewis
desarrolló el concepto de enlace de par de electrones, en el que dos átomos
pueden compartir uno y seis electrones, formando el enlace de un solo electrón
y finalmente en 1927, el físico danés Oyvind Burrau derivó la primera
descripción cuántica matemáticamente completa de un enlace químico simple, este
trabajo mostró que la aproximación cuántica a los enlaces químicos podrían ser
correctas fundamental y cualitativamente, pero los métodos matemáticos usados
no podrían extenderse a moléculas que contuvieran más de un electrón.
Un enlace químico es el proceso químico responsable de
las interacciones atractivas entre átomos y moléculas, y que confiere
estabilidad a los compuestos químicos diatónicos y poliatómicos. ). El enlace químico está asociado con la compartición
o transferencia de electrones entre los
átomos participantes. Las moléculas, cristales, y gases diatómicos -o sea la
mayor parte del ambiente físico que nos rodea- está unido por enlaces químicos,
que determinan las propiedades físicas y químicas de la materia.
Clasificación de enlaces
químicos
Los elementos químicos se combinan de diferentes
maneras para formar toda una variedad de compuestos inorgánicos y orgánicos.
Hay compuestos gaseosos, líquidos y sólidos, los hay tóxicos e inocuos,
mientras que otros son altamente benéficos para la salud. Las propiedades de
cada compuesto dependen del tipo de elemento químico que lo forman, el modo
cómo se enlazan (tipo de enlace químico), la forma y geometría de los agregados
atómicos (moléculas) y de cómo estos interactúan entre sí.
Enlace covalente
El enlace covalente se debe a la compartición de electrones,
que experimentan simultáneamente atracciones de aproximadamente la misma
magnitud, por dos o más átomos, la cual
rebaja la energía y hace, por consiguiente, que el sistema resultante sea más estable que los
átomos por separado. Toda teoría del
enlace covalente debe ser capaz de explicar tres aspectos fundamentales del mismo:
- Las proporciones en que los átomos
entran a formar parte de la
molécula y el número total de átomos de ésta.
- La geometría de la molécula.
- La energía de la molécula.
Sólo mediante teorías cuánticas es posible abordar de
manera satisfactoria el estudio del
enlace covalente, porque la disminución de energía por formación
del mismo es debida fundamentalmente a que es imposible
localizar un cierto electrón en un determinado sitio, lo que origina el concepto de
compartición de electrones. Las atracciones electrostáticas también
intervienen en el enlace, pero en mucha menor medida.
Enlace molecular
Son aquellas sustancias que presentan enlaces
covalentes, pero que en lugar de formar macromoléculas, forman moléculas
discretas, como es el caso del agua, del carbono y del amoniaco.
Las propiedades que presentan este tipo de moléculas
son: Son, fundamentalmente, líquidos y gases. Tienen puntos de fusión y
ebullición bajos. No conducen la electricidad y son insolubles en agua.
Enlace iónico
Las sustancias iónicas son sustancias que presentan
enlaces iónicos y forman grandes redes cristalinas. Los enlaces iónicos se
producen cuando en un enlace covalente, la diferencia de electronegatividad
entre un átomo y otro es muy grande y suponemos que el par de electrones de
enlace está en el átomo más electronegativo. De tal forma que se producen iones
positivos y negativos. Este tipo de enlace se da fundamentalmente entre metales
y no metales. Estas sustancias son, por ejemplo, el bicarbonato de sodio, el
cloruro de potasio y el trisulfuro de aluminio II.
Las propiedades que se dan en este tipo de sustancias
son: Sólidos cristalinos, puntos de fusión y ebullición elevados, solubles en
agua, Conducen la electricidad fundidos o en disolución, pero no conducen la
electricidad en estado sólido.
Enlace Metálico
Son aquellas que presentan un solo elemento, que
forman grandes redes metálicas, donde los electrones de la capa de valencia
están des localizados moviéndose por todo la sustancia, de esta forma, una nube
de electrones recubre la sustancia y le da ese característico brillo metálico.
Algunas de estas sustancias son el hierro, el sodio y el potasio.
Las propiedades de estas sustancias son: Sólidos,
dureza variada, puntos de fusión y ebullición también muy variados, insolubles
en agua y característico brillo metálico.
Símbolos Lewis, regla del
octeto
La regla del octeto, enunciada en 1917 por Gilbert Newton Lewis, dice que
la tendencia de los iones de los elementos del sistema periódico es completar
sus últimos niveles de energía con una cantidad de 8 electrones de tal forma
que adquiere una configuración muy estable, esta configuración es semejante a
la de un gas noble, los cuales son elementos electroquímicamente estables, ya que
cumplen con esta estructura, son inertes, es decir que es muy difícil que
reaccionen con algún otro elemento.
La estructura de Lewis de un elemento se escribe conociendo los
electrones de valencia, por ejemplo el sodio (1 electrón) , el Bario (2
electrones) , el hidrógeno (1 electrón) y el Aluminio (3 electrones). Algunos metales como el Na y el hidrógeno,
tienen una sola estructura de Lewis. Mientras que los metales que tienen más de
un electrón pueden tener varias estructuras de Lewis. La representación de
Lewis de los metales anteriores dependerá del no-metal con el que sé esta
combinando, por ejemplo el Ba tiene una estructura de Lewis al combinarse con
el cloro y otra diferente cuando se encuentra con el azufre.
Algo similar ocurre con los no metales que tienen menos de 7 electrones,
tal es el caso del azufre que presenta diferentes estructuras cuando se
encuentra con el sodio o con el bario. La formación de un compuesto (La
estructura de Lewis de un compuesto) se forma considerando las siguientes
características:
1. Un átomo se une a otro por uno de los lados de la estructura (debe haber
dos electrones compartidos entre los átomos unidos), ya sea que cada átomo
aporte un electrón " enlace covalente simple" o que uno de los átomos
aporte los dos electrones "enlace covalente coordinado".
2. Se ocuparan tantos átomos como sean necesarios para aparear todos los
electrones, no puede haber ningún electrón libre. En caso de ser metal debe de
enlazar todos sus electrones y el no-metal debe de completar el octeto (los
ocho electrones).
3. La formación de la estructura de la molécula equivale a embonar los
átomos individuales, sin dejar electrones libres. .
Es importante saber, que la regla del octeto es una regla práctica
aproximada que presenta numerosas excepciones, pero que sirve para predecir el
comportamiento de muchas sustancias.
Para
alcanzar la estabilidad sugerida por la regla del octeto, cada elemento precisa
ganar o perder (compartir) electrones en los enlaces químicos, de esa forma
ellos adquieren ocho electrones en la capa de valencia.
Enlace iónico
Este enlace se produce cuando átomos de elementos
metálicos se encuentran con átomos no metálicos, 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.
Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del
gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio. En la siguiente
simulación interactiva están representados los átomos de sodio y cloro con solo
sus capas externas de electrones.
Características:
·
Son
sólidos de estructura cristalina en el sistema cúbico.
·
Altos
puntos de fusión (entre 300 °C o 1000 °C)2 y ebullición.
·
Son
enlaces resultantes de la interacción entre los metales de los grupos I y II y
los no metales de los grupos VI y VII.
·
Son
solubles en agua y otras disoluciones acuosas.
·
Una
vez en solución acuosa, son excelentes conductores de electricidad.
·
Fácilmente
conducen electricidad.
·
Al
nombrar compuestos iónicos simples, el metal siempre viene primero, el no metal
segundo (por ejemplo, el cloruro de sodio)
Elementos que forman
compuestos iónicos
En los enlaces iónicos, los electrones se transfieren
completamente de un átomo a otro. Durante este proceso de perder o ganar
electrones cargados negativamente, los átomos que reaccionan forman iones. Lo
iones cargados de manera opuesta se atraen entre ellos a través de fuerzas
electroestáticas que son la base del enlace iónico.
Cuando el sodio pierde su electrón de valencia, se
hace más pequeño, mientras que el cloro se hace más grande cuando gana una
valencia de electrón adicional. Esto es típico de los tamaños relativos de
iones a átomos. Después que la reacción tiene lugar, los iones cargado Na+ y Cl- se sujetan gracias a las fuerzas
electroestáticas, formando así un enlace iónico. Los compuestos iónicos comparten muchas características en común.
Generalmente, un elemento alcalino o del Grupo I
A ( Li, Na, K, Rb, Cs, Fr ) y
un elemento halógeno o del Grupo
VII A ( F, Cl, Br, I ) , formarán cristales
iónicos. Algunos de los compuestos que mantienen enlaces iónicos se
encuentran NaCl, LiF, KBr, NaF, KI, CaO,
MgO, BeO, MgS, BaS, RbSe. (Como se puede observar el enlace se da entre un
metal y un no metal).
Propiedades físicas de compuestos iónicos
El enlace iónico como ya se mencionó anteriormente
consiste en la unión de iones con cargas de signo contrario, mediante fuerzas
de tipo electrostático, formando grandes cristales de iones positivos y
negativos, llamados cristales iónicos.
No se debe confundir con el enlace covalente que es cuando todos los
átomos que constituyen la molécula comparten sus electrones de tal manera que
cada uno presenta ocho electrones en su última órbita como los gases nobles,
cumpliendo de esta manera la regla del octeto. Este tipo de enlace se presente
generalmente entre no metales.
Los compuestos iónicos presentan las siguientes
propiedades físicas:
Son sólidos con elevados puntos de fusión.
Son solubles en disolventes polares (agua). Sin
embargo, presentan baja solubilidad en disolventes apolares.
Fundidos y en disolución acuosa conducen la corriente
eléctrica.
Se obtienen a partir de elementos con distinta
electronegatividad (metal y no metal)
Son sólidos a temperatura
ambiente. Son tan fuertes las
fuerzas de atracción que los iones siguen ocupando sus posiciones en la red,
incluso a centenares de grados de temperatura. Por tanto, son rígidos y funden
a temperaturas elevadas.
En estado sólido no conducen la corriente eléctrica,
pero sí lo hacen cuando se hallan disueltos o fundidos. Al introducir dos
electrodos, uno positivo y otro negativo, en una disolución iónica, se crea un
flujo de electrones al ser repelidos por el ánodo y atraídos por el cátodo (y
viceversa para los cationes). Este fenómeno se denomina conductividad iónica.
Son duros y quebradizos. La dureza, entendida como oposición a ser rayado, es
considerable en los compuestos iónicos; al suponer el rayado la ruptura de
enlaces por un procedimiento mecánico, este resulta difícil debido a la
estabilidad de la estructura cristalina.
Ofrecen mucha resistencia a la dilatación. Porque esta
supone un debilitamiento de las fuerzas intermoleculares o iónicas.
Son muy solubles en agua. Estas disoluciones son buenas conductoras de la
electricidad (se denominan electrolitos).
Enlace covalente
El Enlace Covalente se presenta cuando dos átomos comparten electrones para
estabilizar la unión. A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde
se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro; en el enlace
covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el
enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones,
es decir se unen a través de sus electrones en el último orbital, el cual
depende del número atómico en cuestión
Cuando de se realiza un enlace covalente
entre dos átomos o grupos de átomos es para
alcanzar el octeto estable, por lo que comparten electrones del último nivel.[]
La diferencia de electronegatividades entre los átomos no es suficiente, dependiendo
de esta diferencia de electronegatividad, el enlace covalente puede ser
clasificado en covalente polar y covalente puro o apolar. Si la diferencia de
electronegatividad está entre 0,4 y 1,7 es un enlace covalente polar, y si es
inferior a 0,4 es covalente apolar.
Considérense átomos de hidrógeno, a medida que se aproximan entre sí, se
van haciendo notar las fuerzas que atraen a cada electrón al núcleo del otro
átomo, hasta que dichas fuerzas de atracción se llegan a compensar con la
repulsión que los electrones sienten entre sí. En ese punto, la molécula
presenta la configuración más estable.
Lo que ha sucedido es que los orbitales de ambos electrones se han
translapado, de modo que ahora es imposible distinguir a qué átomo pertenece
cada uno de los electrones.
Sin embargo, cuando los átomos son distintos, los electrones compartidos no
serán atraídos por igual, de modo que estos tenderán a aproximarse hacia el
átomo más electronegativo, es decir, aquel que tenga una mayor apetencia de
electrones. Este fenómeno se denomina polaridad (los átomos con mayor
electronegatividad obtienen una polaridad más negativa, atrayendo los
electrones compartidos hacia su núcleo), y resulta en un desplazamiento de las
cargas dentro de la molécula.
Los compuestos covalentes presentan las siguientes
propiedades:
·
Muchos
compuestos covalententes son gases y líquidos. Los sólidos presentan puntos de
fusión relativamente bajos.
·
Presentan
una importante solubilidad en disolvente apolares (tolueno, hexano,
tetracloruro de carbono). Presentando baja solubilidad en disolventes polares.
·
No
presentan conductividad eléctrica en fase líquida.
·
Están
formados por elementos con electronegatividades similares.
No hay comentarios:
Publicar un comentario