EL ENLACE QUÍMICO

EL ENLACE QUÍMICO
¿Qué es lo que sabes?
¿Por qué se forma un enlace químico? ¿Qué tipos de enlaces conoces? ¿Qué especies químicas
participan en un enlace?
1. CRITERIOS GENERALES PARA LA FORMACIÓN DE UN ENLACE
Introducción
(pag. 55)
1.1. Aspectos energéticos (Apdo. Formación de enlaces y disminución de energía, pg 55)
1.2. Estructura electrónica
(Apdo. Regla del Octeto. Limitaciones, pag 56)
2. ENLACE IÓNICO
2.1. Descripción del enlace iónico (Apdo. El enlace tipo iónico, pag. 56)
2.2. Propiedades de los compuestos iónicos (Apdo. Prop.
de los compuestos iónicos, pag 57)
Las intensas fuerzas eléctricas entre los iones y la estructura en forma de red cristalina
explican las propiedades de los compuestos iónicos:
I.
No existe, como unidad estructural, la molécula.
La fórmula química de un compuesto iónico es una fórmula empírica, ya que solo refleja
la proporción en la que participan los iones en la red cristalina.
II.
A temperatura ambiente son sólidos cristalinos.
III.
Los puntos de fusión y de ebullición son elevados. Las intensas fuerzas entre los iones
confieren al cristal una elevada estabilidad térmica y se requiere gran cantidad de
energía para destruirlo.
IV.
Son duros y frágiles. La dureza indica la oposición que presentan los cuerpos a ser
rayados o, lo que es los mismos, a romper sus enlaces. Los sólidos iónicos son muy
compactos y cuesta mucho rayarlos; sin embargo, son frágiles: un golpe seco altera la
red y hace que se enfrenten iones del mismo signo, lo que provoca la ruptura del cristal
por efecto de la repulsión.
V.
Muchos de ellos son solubles en disolventes polares, como el agua, pero ninguno lo es
en disolventes orgánicos apolares: gasolinas, benceno,...
VI.
En estado sólido no conducen la electricidad, ya que los iones ocupan posiciones fijas en
la red cristalina y no pueden desplazarse. Sin embargo, fundidos o en disolución, los
iones quedan libres y, si aplicamos una diferencia de potencial a la disolución, pueden
desplazarse, con lo que se convierten en conductores de la electricidad.
A.1.- La configuración electrónica del elemento X es 1s22s22p63s23p5 y la configuración electrónica
del elemento Y es 1s22s22p63s2. Indica el tipo de enlace que se formará entre ambos elementos y la
fórmula del compuesto resultante de dicha unión. Predice las características de la sustancia que se va
a formar.
3. ENLACE COVALENTE
3.1. Descripción del enlace covalente
(Apdo. El enlace tipo covalente, pag. 58)
3.2. Polaridad del enlace covalente
Cuando los dos átomos enlazados de modo covalente pertenecen al
mismo elemento, como tienen la misma electronegatividad, el par de
Cl +- Cl
electrones se comparte por igual entre ambos. En este caso se dice que el
enlace es covalente apolar (sin polos eléctricos), ejemplo el Cl2. La distribución
electrónica en un enlace covalente apolar es idéntica en cada uno de los
átomos. Todas las moléculas homonucleares (H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2 e I2) presentan enlaces covalentes
apolares.
Cuando los dos átomos enlazados de modo covalente tienen electronegatividades
diferentes, el más electronegativo consigue desplazar la nube electrónica hacia sí, de forma que el
par de electrones se desplaza hacia él, formándose así un dipolo eléctrico. Con los símbolos δ+ y δrepresentaremos una carga parcial positiva y una negativa, no la transferencia total de un electrón
de un átomo al otro. En estos casos decimos que el enlace es covalente polar. Ejemplo la molécula
de cloruro de hidrógeno y la de agua.
δ+
δ-
H
Cl
A.2.- ¿Hacia qué átomos se desplaza la pareja de electrones en los siguientes enlaces? (Utiliza la
simbología adecuada).
a) C-F b) S-O c) I-F d) C-O
A.3.- De los siguientes enlaces, ¿cuál será el menos polar?
a) B-N b) B-Cl c) B-P d) B-C
3.3. Polaridad de las moléculas y geometría molecular
Los enlaces H-O del agua y C=O del dióxido de carbono son polares. Sin embargo, el agua
disuelve compuestos iónicos mientras que el dióxido de carbono no. Además esta última sustancia es
muy poco soluble en agua. Esto nos hace pensar que la molécula de agua es polar y la del dióxido de
carbono es apolar. Para justificar este comportamiento es necesario conocer la geometría de las
moléculas. Así, una estructura lineal del tipo H-O-H no explicaría ese comportamiento, pues los
dipolos quedarían compensados por simetría, y la polaridad resultante sería nula. Sin embargo una
estructura angular justificaría la polaridad de la molécula de agua. Así tenemos:
 La molécula de agua es polar, porque tiene estructura angular
 La molécula de dióxido de carbono es apolar, pues su estructura es lineal.
A.4.- Indica cuáles de las siguientes sustancias son solubles en agua:
a) Metano b) Cloruro de hidrógeno
c) Hidrógeno d) Amoniaco
3.4. Propiedades de las sustancias con enlaces covalentes
(Apdo. Propiedades de los compuestos covalentes, pag 58)
Existen dos tipos de sustancias con enlaces covalentes:
A) Sustancias Moleculares
Estado de agregación
Los átomos que forman las moléculas están fuertemente enlazados entre sí, formando
moléculas discretas. Existen fuerzas de atracción entre las moléculas, pero son muy débiles, por ello
son generalmente gases (H2, F2, O2, N2,...) o líquidos (Br2, CH4, alcohol, éter,...) en condiciones
ambientales. Cuando son sólidos (Yodo, azufre), son frágiles y quebradizos, o blandos y de aspecto
céreo, fundiendo generalmente a bajas temperaturas. Sus puntos de ebullición serán por tanto bajos.
Conductividad eléctrica
En cualquier estado de agregación, los compuestos covalentes, no son conductores de la
electricidad, pues no poseen electrones libres.
Solubilidad
Los compuestos covalentes apolares como el I2, Cl2, S2C, ... son solubles en disolventes
apolares como el CCl4 y el benceno, las disoluciones así obtenidas no son conductoras de la
electricidad. Los compuestos covalentes polares como el HCl, son solubles en disolventes polares
como el agua, dando lugar a una disolución acuosa conductora (disueltos en agua forman iones).
B) Cristales Atómicos o sólidos con redes covalentes
Un número muy elevados de átomos iguales o distintos se unen entre sí formando
redes cristalinas. El diamante (C) es un sólido en el que los átomos de carbono se encuentran
enlazados por pares electrónicos en todas las direcciones, por lo que, es imposible decir cuántos
átomos forman la molécula. Estas agrupaciones llamadas cristales atómicos se caracterizan por:
Se presentan en la naturaleza generalmente, como sólidos cristalizados, los átomos
ocupan los nudos de la red, quedan unidos entre sí mediante enlaces covalentes y
forman macromoléculas.
Dureza muy elevada
Puntos de fusión y ebullición muy elevados, a menudo por encima de los 1000 ºC
Son insolubles en disolventes comunes
No son conductores de la electricidad. Existe alguna excepción; el grafito en alguna
dirección es conductor.
PUNTOS DE FUSIÓN
(Sólidos Atómicos)
Sólido
C
Si
Ge
SiO2
Tª Fusión (ºC)
3570
1414
937
1700
Red del Diamante
Red del Grafito
3.5. Diagramas electrónicos de Lewis (Pag. 59)
4. FUERZAS INTERMOLECULARES (Pg. 61)
Los átomos al unirse por enlaces covalentes constituyen las moléculas. Pero ¿y éstas?, ¿están
unidas entre sí por alguna fuerza de enlace?. Si la respuesta fuese negativa, cada molécula sería
independiente, es decir, las sustancias moleculares serían gaseosas a cualquier temperatura. ¿Qué
ocurre entonces? Piensa en sustancias como el yodo(I2), bromo(br2), el agua (H2O), formadas por
moléculas covalentes, que a temperatura ambiente se encuentran en estado sólido y líquido
respectivamente.
Las moléculas covalentes no permanecen aisladas unas de otras, sino que se unen mediante
dos tipos de fuerzas: Fuerzas de Van der Waals y Puente de Hidrógeno.
4.1. Puente de Hidrógeno (Pag. 62)
Ejemplo de enlace por puente de
hidrógeno en el caso del agua
Temperaturas de ebullición de los
hidruros no metálicos
Los enlaces de hidrógeno son débiles; sin embargo, al repetirse muchas veces entre
moléculas para formar asociaciones moleculares adquieren gran importancia, afectando a muchas de
las propiedades de las sustancias que los contienen.
4.2. Fuerzas de Van der Waals
El yodo se encuentra en estado sólido en condiciones ambientales. Sin embargo, cada
molécula de yodo está formada por dos átomos de este elemento. ¿Cuál es la causa por la que las
moléculas de yodo se agrupan para formar un sólido? La mayoría de los sólidos covalentes suelen ser
blandos con puntos de fusión bajos ¿por qué?
Los enlaces que mantienen unidas las moléculas de yodo, formando cristales, son fuerzas
intermoleculares que se conocen con el nombre de fuerzas de Van der Waals. Este tipo de fuerzas
unen entre sí a las moléculas neutras, tanto apolares (Br2, I2, H2, ...) como polares (HCl, HBr,...).
Las fuerzas de Van der Waals son de naturaleza eléctrica y se deben a la existencia de dipolos en las
moléculas. Estos dipolos pueden ser:
Permanentes, como en el caso las moléculas covalentes
polares.
Instantáneos, como ocurre en las moléculas covalentes
apolares. En un instante determinado, debido al
movimiento electrónico, la molécula adopta una
distribución eléctrica asimétrica, esto induce otra
deformación en la molécula o moléculas vecinas. La
situación dura un tiempo brevísimo, ya que un instante
después la orientación sería distinta.
Los dipolos permanentes o inducidos pueden interaccionar produciéndose débiles uniones
entre sí, lo que provoca pequeñas alteraciones en las propiedades de estas sustancias.
A.5.- El agua hierve cuando por la acción del calor se rompen:
a) Enlaces covalentes b) Enlaces iónicos c) Puentes de hidrógeno d) Ninguno de ellos
A.6.- ¿Cuál es la razón por la cual el hidrógeno es prácticamente insoluble en agua, mientras que el
cloruro de hidrógeno es bastante soluble (la disolución es el ácido clorhídrico), siendo ambas
sustancias covalentes?
A.7.- Los siguientes modelos representan las moléculas de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, dióxido
de carbono y sulfuro de hidrógeno. ¿Son polares les enlaces?, ¿son polares las moléculas?
A.8.- Las manchas de grasa en la ropa son difíciles de limpiar con agua. Cuando la llevamos a la
tintorería las limpian en seco con derivados del petróleo (benceno, tetracloruro de carbono,...).
Teniendo esto en cuenta, discute si las moléculas de grasa son polares o apolares y su importancia
desde el punto de vista biológico.
5. ENLACE METÁLICO
5.1. Descripción del enlace metálico (Apdo. Enlace de tipo metálico, pag. 61)
5.2. Modelo del "mar electrónico"
Los metales forman una red con un empaquetamiento muy compacto. La red metálica se
describe como formada por restos positivos (átomos que se han
desprendido de sus electrones de valencia), que quedan en disposición
geométrica regular, rodeados de electrones, que están deslocalizados.
La nube electrónica resultante se puede considerar como un mar de
electrones, donde están inmersos los restos positivos de los átomos del
metal. El resto positivo no es un ion, porque los electrones quedan
dentro de la red, uniendo a todos los restos positivos.
5.3. Propiedades de los metales
El movimiento de los electrones dentro del gas electrónico no es de absoluta libertad, porque
siempre están influenciados por la presencia de los restos positivos, pero permite explicar muchas de
las propiedades de los metales.
Son buenos conductores de la electricidad porque los electrones tienen libertad de
desplazamiento por toda la red debido a su deslocalización. La única resistencia con la que
pueden encontrarse en sus desplazamientos se debe a las colisiones con los restos positivos.
La conductividad eléctrica de los metales disminuye con el aumento de la temperatura,
esto es debido a que aumentan las vibraciones de los restos positivos y, por tanto, el número
de colisiones con los electrones aumenta.
Tienen conductividad térmica elevada. Al transferir calor a una región del metal, los restos
positivos vibran con mayor energía que se transfiere a otros restos atómicos vecinos. Esta
transferencia de energía se extiende rápidamente por toda la red, debido a que ésta es
compacta.
Son dúctiles y maleables (pueden estirarse en forma de hilos y ser laminados) porque su
estructura geométrica no se modifica al desplazarse unas capas frente a otras.
Poseen brillo metálico porque tienen capacidad de reflejar luces de todas las frecuencias.
La intensidad del enlace está relacionada con la carga del resto positivo. El sodio, cuyo ion
es Na+, funde a 98ºC, mientras que el Mg2+, funde a 650ºC. En general, los puntos de fusión y
ebullición varían en una gama muy amplia.
Tienen densidad elevada debida a la compacta aglomeración de átomos.
Son insolubles en agua, aunque hay unos pocos que reaccionan con ella desprendiendo
hidrógeno. El mercurio disuelve algunos metales formando las amalgamas.
A.9.- ¿A qué se deben que los cristales iónicos sean duros y frágiles, mientras que los cristales
metálicos son maleables?
ACTIVIDADES PARA REPASAR EL ENLACE QUÍMICO
1. En el siguiente resumen sobre los tipos de enlace completa los cuadros vacios
Tipo de
enlace
Características
del enlace
Descripción del enlace
Cesión de electrones de
un metal a un no metal.
Los iones se unen
formando un cristal
iónico.
Iónico
Pares de
electrones
compartidos
entre átomos
Metálico
Atracción
eléctrica muy
débil entre las
moléculas
apolares
Pares de electrones
compartidos entre
átomos de
electronegatividad
parecida. Forma
moléculas.
Todos los átomos se
unen entre sí
compartiendo pares de
electrones. Se forman
cristales atómicos.
Los núcleos atómicos se
desprenden de sus
electrones . Los restos
atómicos que forman la
red(cationes) se unen
mediante el gas de
electrones.
En las moléculas
apolares de forman
dipolos instantáneos y
producen en los
alrededores nuevos
dipolos que se atraen
entre sí.
Fuerzas de Van
der Waals
entre
moléculas
polares.
Enlace por
puente de
hidrógeno
Propiedades de las
sustancias
Ejemplos
Puntos de fusión y
ebullición altos.
Solubles en disolventes
polares. Duros y
frágiles.
Puntos de fusión y
ebullición bajos.
Solubles en disolventes
apolares. Si son sólidos
son blandos. No son
conductores de la
corriente.
Diamante
SiO2
Conductores del calor y
de la electricidad. Brillo
metálico.
Aleaciones
Na
Au
O2
I2
Puntos de ebullición y
fusión bajos. En
general son gases.
Gases o líquidos
polares. Disuelven las
sustancias iónicas
Se produce una
interacción eléctrica
entre un átomo de
hidrógeno con carga
positiva, y un átomo
muy electronegativo con
densidad de carga
negativa de una
molécula vecina.
2. Cita en qué sustancias biológicas se producen enlaces por puente de hidrógeno
SO2
HCl
3. Clasifica las siguientes sustancias en iónicas, covalentes o metálicas. Justifica tu respuesta:
Cloruro de cesio
Cobre
Diamante
Amoniaco
Platino
Cloruro de Hidrógeno
Cobre
Óxido de Calcio
Agua
Cloro
Nitrógeno
4. En la siguiente tabla se halla recogida la información obtenida en
comportamiento de una serie de sustancias de
naturaleza desconocida:
Punto de
Sustancia
fusión
a) ¿Cuáles de esas sustancias son,
1
1.600
probablemente, compuestos iónicos?
2
612
¿Cuáles metales?
3
662
b) ¿Cuáles de estas sustancias serán, con
4
1.500
5
-70
bastante seguridad, solubles en
6
-110
tetracloruro de carbono?
7
680
el laboratorio acerca del
Conductividad
eléctrica
Sólido
Líquido
Mala
Mala
Mala
Buena
Buena Buena
Buena Buena
Mala
Mala
Mala
Mala
Mala
Buena
Solubilidad
en agua
Insoluble
Soluble
Insoluble
Insoluble
Insoluble
Insoluble
Soluble
Razona tus respuestas.
5. Razona si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Los puntos de fusión y ebullición de las sustancias iónicas son, por lo general, más altos
que los de las sustancias covalentes.
b) El flúor y el sodio se mantienen unidos, en el fluoruro de sodio, mediante enlaces de tipo
covalente.
c) El carbono y el oxígeno se mantienen unidos, en el dióxido de carbono, mediante
enlaces de tipo covalente.
d) La molécula de Cl2 es una molécula polar.
e) Los metales alcalinos siempre forman compuestos de tipo iónico cuando se combinan
con los elementos halógenos.
f) Los puntos de fusión y de ebullición del agua son superiores a los de otras sustancias
covalentes de análoga masa molecular.
6. Empareja las sustancias de la columna de la izquierda, consideradas en estado sólido, con las
características descritas en la columna de la derecha:
a) Hierro
b) Dióxido de carbono
c) Sílice
d) Agua
e) Sal Común
1) Cristal atómico
2) Conductor de la electricidad
3) Cristal Iónico
4) Enlaces por puente de hidrógeno
5) Fuerzas de Van der Waals y punto de fusión muy bajo
7. De entre las siguientes sustancias: Cl2, C (diamante), Fe, KBr y I2, señala: a) ¿cuál tendrá el punto
de fusión más bajo?; b) ¿cuáles forman cristales?; c) ¿cuáles conducen la corriente eléctrica en
estado sólido?; d) ¿cuáles son solubles en agua?
8. Clasifica como covalente, iónico o metálico el enlace que forman los siguientes pares de
elementos: a) Li y F; b) O y O; c) Fe y Fe; d) C y O; e) Rb y Cl; f) Cl y O.