Química | Unidad 8
Enlace químico
Objetivo • Comprender los conceptos básicos de los modelos de enlace iónico, covalente y metálico.
Introducción Los electrones cumplen un papel fundamental en la formación de uniones químicas entre átomos; estas uniones reciben el nombre de enlaces químicos. Dependiendo del tipo de átomo y sus propiedades electrónicas, se pueden generar distintos tipos de enlace. El tipo de enlace entre átomos define muchas de las propiedades y características de la sustancia en cuestión, tales como el punto de fusión, de ebullición, su conductividad térmica y eléctrica, etcétera.
Desarrollo 1. Interacciones entre átomos
Palabras clave • electrones de valencia • regla del octeto de Lewis
Cuando dos átomos están cerca el uno del otro se genera una atracción entre las cargas positivas del núcleo de uno de los átomos y los electrones del otro átomo. Al mismo tiempo, entre los electrones de los dos átomos se da una repulsión. Hay un momento en el que los átomos logran estar a una distancia en la cual estas fuerzas de atracción y repulsión se equilibran, y por consiguiente se forma un enlace químico. Cuando los átomos interactúan con otros átomos, tienden a cumplir la regla del octeto de Lewis, que indica que la propensión de los átomos es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de ocho electrones, adquiriendo de esta manera una configuración o un arreglo muy estable. Los electrones que participan en la formación de enlaces son los electrones de valencia, que son los electrones externos, aquellos que se encuentran en el último nivel de energía del átomo. Unidad 8. Enlace químico
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El tipo de enlace que presentan las sustancias es fundamental para entender sus propiedades. Los enlaces pueden ser de tipo iónico, covalente o metálico. La electronegatividad es la capacidad de un átomo de atraer hacia sí electrones de otro átomo al que está unido químicamente (hay un enlace). En la tabla periódica, a lo largo de un periodo, la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha. A lo largo de una familia aumenta de abajo hacia arriba. Por lo tanto, el flúor es el átomo más electronegativo, en tanto que el cesio y el francio son los menos electronegativos. Los gases nobles no tienen electronegatividad, puesto que no forman enlaces con otros átomos, dada su estabilidad química. Cuando se hace referencia a la tendencia de átomos aislados para captar electrones, se habla de afinidad electrónica. Esta propiedad sigue la misma tendencia en la tabla periódica que la electronegatividad. Hay distintas tablas que muestran el valor de la electronegatividad, entre ellas la que se muestra a continuación, propuesta por Linus Pauling: H 2.1
Li
Be
B
C
N
O
F
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.5
3.0
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
0.8
1.0
1.3
1.5
1.6
1.6
1.5
1.8
1.9
1.8
1.9
1.6
1.6
1.8
2.0
2.4
2.8
Rb
Sr
Y
Zr
Nb Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
1.9
2.2
2.2
2.2
1.9
1.7
1.7
1.8
1.9
2.1
2.5
Cs
Ba
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
0.7
0.9
1.3
1.5
1.7
1.9
2.2
2.2
2.2
2.4
1.9
1.8
1.9
1.9
2.0
2.2
Fr
Ra
0.7
0.9
Br
Tabla de electronegatividad propuesta por Linus Pauling
1.2 Enlace iónico Al interactuar dos átomos con distintas afinidades electrónicas y electronegatividad, como es el caso de un metal y un no metal (por ejemplo, un metal alcalino y un halógeno), se forman aniones y cationes. Millones de aniones y cationes se organizan en redes ordenadas llamadas redes cristalinas o cristales, que se estabilizan a partir de las fuerzas electrostáticas entre los aniones y los cationes que las conforman. A estas sustancias se les llama compuestos iónicos. Unidad 8. Enlace químico
Se
Palabras clave • redes cristalinas • pérdida y ganancia de electrones
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Un enlace iónico se forma cuando la especie más electronegativa adquiere o gana electrones, en tanto que la especie poco electronegativa cede o pierde electrones, de manera que se cumpla la regla del octeto de Lewis. Un compuesto iónico se forma a partir de la unión de un metal y un no metal. Para que se trate de un compuesto iónico, la diferencia de electronegatividades entre los átomos involucrados debe ser mayor a 1.7 en la escala de Pauling. Características de compuestos iónicos • Formación de cationes y aniones cuando los átomos pierden y ganan electrones, respectivamente • Constituyen redes cristalinas ordenadas y estables • Metal + no metal, diferencia de electronegatividades mayor a 1.7 • Tienen un alto punto de fusión y de ebullición. • Solubles en agua • Conducen la corriente eléctrica al fundirse o en disolución, pero no en estado sólido • Ejemplos: sulfato de cobre, CuSO4; yoduro de potasio, KI; nitrato de plata, AgNO3; cloruro de magnesio, MgCl2 1.3 Enlace covalente Un enlace covalente se forma con la unión de dos no metales. Se forma a partir de la unión de átomos con una diferencia de electronegatividades menor a 1.7 o incluso cuando tienen una electronegatividad igual (como es el caso de dos átomos de oxígeno que forman una molécula diatómica, O2).
Palabras clave • moléculas • compartición de electrones
En el enlace covalente no se generan iones, sino moléculas que se forman cuando los átomos involucrados comparten electrones entre sí con el fin de cumplir con la regla del octeto. Características de sustancias con enlace covalente • Formación de moléculas: los átomos comparten electrones • No metal + no metal, diferencia de electronegatividades menor a 1.7 • Si se trata de gases y líquidos, la tendencia es punto de fusión y ebullición bajo; insolubles en agua y no conducen la electricidad. Por ejemplo, acetona y éter • Si se trata de sólidos, algunos como el diamante tienen punto de fusión y ebullición elevado; otras propiedades, como la solubilidad, dependen de la sustancia en cuestión
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H
Cl
Cl
H
1s1
1s22s22p63s23p5
Enlace covalente: los electrones son compartidos entre los átomos involucrados.
1.4 Enlace metálico Como su nombre indica, es el enlace que se genera entre átomos de elementos metálicos. Los átomos metálicos, colocados uno muy cercano de otro, adquieren una configuración electrónica más estable al compartir entre los distintos átomos sus electrones de valencia. Por tal motivo, los electrones de valencia están “deslocalizados” y se mueven libremente entre los distintos átomos que conforman el metal, actuando como si fueran una una “carretera” o un “mar” de electrones.
Palabras clave • electrones libres • conducción de calor y electricidad
Estos electrones libres son responsables de la buena conductividad térmica y eléctrica de los metales. La maleabilidad y ductilidad de los metales también se pueden explicar mediante el enlace metálico: los enlaces entre átomos en un metal son fuertes pero no rígidos, por ello, al aplicar una fuerza sobre un metal, los átomos se deslizan unos sobre otros, reacomodándose sin dañarse y adoptando una estructura de lámina o alambre.
El enlace metálico mantiene unidos los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas.
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Ejemplos de sustancias con distintos enlaces 1. FeO – Enlace iónico 2. CaCl2 – Enlace iónico 3. K – Enlace metálico 4. Br2 – Enlace covalente 5. CsS – Enlace iónico 6. C2H6 – Enlace covalente 7. S8 – Enlace covalente 8. CaBr2 – Enlace iónico 9. H2O – Enlace covalente 10. Co – Enlace metálico
Consolidación El enlace químico se forma cuando los átomos se unen entre sí para obtener una configuración más estable que les permita cumplir con la regla del octeto de Lewis, la cual expresa que la tendencia de los átomos es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de ocho electrones. El enlace puede ser de diferentes tipos: iónico, covalente o metálico. Un enlace iónico se forma entre un metal y un no metal. Para cumplir con la regla del octeto de Lewis, el no metal, por ser más electronegativo, atrae electrones, mientras que el metal, por ser menos electronegativo, los cede. Como resultado, se forma una red cristalina conformada por aniones y cationes. Un enlace covalente se forma entre no metales. Cumplen con la regla del octeto de Lewis mediante la compartición de electrones. No se forman iones ni redes cristalinas, sino moléculas. El enlace metálico ocurre entre átomos metálicos. Los átomos metálicos, colocados uno muy cerca de otro, comparten sus electrones de valencia. Por tal motivo, los electrones externos o de valencia están moviéndose libremente entre los átomos. Esto explica las propiedades de los metales: conducción eléctrica y térmica, maleabilidad y ductilidad.
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Entre metal y no metal cuya diferencia de electronegatividades es mayor a 1.7 Formación de redes cristalinas de aniones y cationes, puesto que los átomos ganan y pierden electrones
Enlace iónico
Altos puntos de ebullición y de fusión Compuestos iónicos conducen electricidad en disolución o fundidos
Entre no metales; diferencia de electronegatividad menor a 1.7 Enlace químico
Enlace covalente
Formación de moléculas En los gases y líquidos, bajos puntos de fusión y ebullición Para formar un enlace covalente, los átomos comparten electrones
Se comparten e- de valencia entre los átomos que conforman el metal Enlace metálico
Los e- se mueven libremente, como si estuvieran en una “carretera” o fueran un “mar” de electrones Metales son maleables, dúctiles, buenos conductores de calor y electricidad
Cierre Relaciona el tipo de enlace con las características que le corresponden. Enlace
1. Metálico
Características a) La diferencia de electronegatividad entre los elementos es mayor a 1.7 b) La diferencia de electronegatividad entre los elementos es menor a 1.7
2. Covalente
c) No forman moléculas verdaderas
3. Iónico
d) Los electrones de los niveles externos se mueven formando un “mar de electrones” e) Se establece entre átomos metálicos f) Se establece entre átomos no metálicos
A) 1ac, 2be, 3df
C) 1ce, 2bf, 3ad
B) 1bd, 2af, 3ce
D) 1de, 2bf, 3ac
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