Enlace covalente - Cursos Máxima Tecnología

ENLACES ATOMICOS
ENLACE IÓNICO
El enlace iónico se produce entre átomos de elementos metálicos y no metálicos,
cuando uno de los átomos capta electrones del otro. Los metales donan uno o
más electrones formando cationes que son iones de carga positiva, los electrones
son atraídos con más fuerza por los no metales, que se transforman en iones con
carga negativa o aniones.
La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y
formen un enlace. Este tipo de atracción determina las propiedades de los
compuestos iónicos. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos
cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es
menor, como en el caso del cloruro de sodio (NaCl), el punto de fusión también es
menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares como
el benceno.
Las sustancias iónicas conducen la electricidad cuando están en estado líquido o
en disoluciones acuosas, pero no en estado cristalino, porque los iones
individuales son demasiado grandes para moverse libremente a través del cristal.
Propiedades de las sustancias iónicas
Las sustancias iónicas se encuentran en la naturaleza formando redes cristalinas,
por tanto son sólidas.
Su dureza es bastante grande, y tienen por lo tanto puntos de fusión y ebullición
altos.
Son solubles en disolventes polares como el agua.
Tienen una conductividad eléctrica alta cuando se encuentran disueltas.
Propiedades de materiales con enlaces iónicos
Los enlaces iónicos confieren una alta estabilidad y resistencia a las alteraciones
químicas. A temperaturas elevadas pueden conducir iónicamente, pero muy poco
en comparación con los metales. Son generalmente aislantes. Tienen una amplia
gama de propiedades mecánicas, sin embargo, su comportamiento mecánico real
suele ser menos predecible que el de los metales, por eso su uso en aplicaciones
críticas es muy limitado. Los materiales cerámicos pueden clasificarse y estudiarse
en función de sus estructuras cristalinas
Puesto que en los materiales con enlaces iónicos los electrones están localizados,
la conductividad de los materiales iónicos es relativamente mala. Para que exista
conductividad, los iones deben moverse con el campo eléctrico; pero, debido a
que son pesados, se mueven con gran lentitud y son, por lo tanto, malos
conductores térmicos y eléctricos a temperaturas bajas. La energía de enlace
como consecuencia de la formación de enlaces iónicos es relativamente grande y,
por ende, cabría esperar que los materiales fueran de alto punto de fusión. Los
cerámicos son ejemplos de materiales con enlaces iónicos y se utilizan con gran
eficacia para soportar ambientes de alta temperatura y como aisladores y
dieléctricos, pero son muy frágiles a causa de la naturaleza localizada del enlace.
ENLACE COVALENTE
En química, las reacciones entre dos átomos no metales producen enlaces
covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe una electronegatividad
polar, donde la diferencia de electronegatividad no es suficientemente grande
como para que se efectúe transferencia de electrones, entonces los átomos
comparten uno o más pares electrónicos formando nuevo tipo de orbital
denominado orbital molecular.
Esta nueva formación se puede explicar con la Teoría del enlace de valencia, la
cual menciona que en la formación de enlaces entre dos átomos participan sus
orbitales de la capa de valencia.
Para que se produzca un enlace, generalmente, cada átomo tiene que tener un
orbital con un electrón desapareado. La comparición de electrones, propia del
enlace covalente, se da por aproximación de las nubes de carga de los orbitales,
lo que se indica diciendo que los orbitales solapan.
El solapamiento de los electrones de los átomos se puede dar de distintas
maneras:
ƒ
Frontal: si los dos orbitales atómicos se superponen enfrentados por sus
extremos. El enlace que se forma en este caso se denomina σ y la
densidad electrónica es máxima entre los núcleos.
ƒ
Lateral: si los dos orbitales atómicos se superponen paralelamente, de
forma que la densidad electrónica sea máxima por encima y por debajo de
la línea internuclear. Este enlace se denomina π, y es más débil (su
energía de enlace es menor) que el σ.
La fórmula molecular en los enlaces covalentes dependerá de la covalencia o
valencia covalente de los átomos que enlazan. La valencia covalente es el número
de enlaces covalentes que puede formar un átomo y se relaciona con el número
de electrones desapareados que el átomo tiene en su configuración fundamental
o, en aquella otra, que no se diferencie mucho en energía con la fundamental.
En el enlace covalente, cuando se comparten dos pares de electrones se forma un
enlace doble y si se comparten tres pares tenemos un enlace triple. Los
electrones compartidos pueden provenir uno de cada átomo o ambos de un solo
átomo; llamándose, en este segundo caso, enlace covalente coordinado que suele
representarse mediante una flecha, para indicar que átomo proporciona el par de
electrones.
Se dice también que el enlace covalente es saturado porque los elementos
tienden a saturar de electrones su capa de valencia de acuerdo con lo indicado en
los mecanismos A y A' propuestos por Lewis.
El enlace covalente es direccional porque no está relacionado sólo con un campo
electrostático de tipo Coulomb. También puede interpretarse cualitativamente
como una consecuencia de la búsqueda de una disposición geométrica de los
átomos que enlazan que evite, en lo posible, las repulsiones entre los pares
electrónicos enlazante
Propiedades de los compuestos con enlace covalente:
Hay que distinguir entre aquellos en los que la formación de enlaces de tipo
covalente da lugar a compuestos moleculares y otros en los que se forman redes
tridimensionales:
Las redes covalentes se forman por átomos que se unen entre sí por uniones
covalentes, por ello la fuerza de unión es fuerte. Las propiedades de este tipo de
compuesto vendrán definidas por este hecho:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Presentan elevados puntos de fusión (generalmente subliman si se sigue
calentando)
Muy poco solubles en cualquier tipo de disolvente.
Suelen ser duros.
Suelen ser malos conductores de la electricidad.
Son sustancias de este tipo el diamante, SiO2 (cuarzo), carburo de silicio (Si2C),
nitruro de boro (BN), etc.
Las sustancias covalentes moleculares se caracterizan porque sus átomos se
unen mediante enlaces covalentes, pero forman entidades moleculares
individuales. Estas interaccionan entre sí mediante fuerzas intermoleculares,
siendo el tipo de fuerza intermolecular presente la responsable de las propiedades
que presentan las sustancias:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Se pueden presentar en estado sólido, líquido o gaseoso a temperatura
ambiente.
En general, sus puntos de fusión y ebullición no son elevados, aunque
serán mayores cuando las fuerzas intermoleculares que une a las
moléculas sea más intensa.
Suelen ser blandas y elásticas, pues al rayarlas sólo se rompen las fuerzas
intermoleculares.
La solubilidad es variable, siendo solubles en disolventes de polaridad
similar. Los compuestos polares se disuelven en disolventes
polares, los apolares en los disolventes apolares.
En general, son malos conductores de la electricidad. Aunque la
conductividad eléctrica se ve favorecida si aumenta la polaridad de las
moléculas.
Son muchas las sustancias de este tipo: H2, Br2, H2O, NH3, compuestos
orgánicos, etc.
Ejemplos de enlaces covalentes
Los enlaces covalentes pueden estar presentes en las llamadas moléculas
diatómicas como H2,N2,O2,F2,C2,Br2, I 2.
En el caso de gas hidrogeno, este esta compuesto
átomos de H separados
moléculas de H2 y no de
Cuando un átomo de H se enlaza a otro átomo de H para formar un enlace sigma,
no puede ocurrir transferencia porque cada átomo de H tiene la misma capacidad
de atraer electrones. En otras palabras, los dos átomos de H tienen la misma
electronegatividad. En su lugar, los átomos de H comparten sus electrones para
adquirir la configuración estable del gas noble de dos electrones (isoelectrónica
con el He). Se puede decir que los electrones compartidos pertenecen a ambos
átomos simultáneamente.
En el H2, el orbital 1s del átomo de hidrógeno, se superpone con el orbital 1s de
otro átomo de hidrógeno.
También existen algunas sustancias compuestas por enlaces covalentes
Metano
El metano es el hidrocarburo alcano más sencillo, es un gas. Su fórmula química
es CH4.
Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un
enlace covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en forma de gas a
temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro e inodoro y apenas soluble en
agua en su fase líquida.
Estructura de Lewis
H
|
H-C-H
|
H
Enlace covalente no polar hidrógeno y
metano.
carbono:
ENLACE METÁLICO
Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión
entre cationes y los electrones de valencia) de los metales entre sí. Estos átomos
se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy
compactas. Se trata de redes tridimensionales que adquieren la estructura típica
de empaquetamiento compacto de esferas. En este tipo de estructura cada átomo
metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por
encima y tres por debajo). Además, debido a la baja electronegatividad que
poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales y
tiene la capacidad de moverse libremente a través del compuesto metálico, lo que
otorga las propiedades eléctricas y térmicas de los metales.
Hay dos modelos que explican la formación del enlace metálico. El modelo de la
nube de electrones y la teoría de bandas.
Modelo de la nube electrones
Según este modelo, los átomos metálicos ceden sus electrones de valencia a una
"nube electrónica" que comprende todos los átomos del metal. Así pues, el enlace
metálico resulta de las atracciones electrostáticas entre los restos positivos y los
electrones móviles que pertenecen en su conjunto a la red metálica.
En el enlace metálico, los electrones no pertenecen a ningún átomo determinado.
Además, es un enlace no dirigido, porque la nube electrónica es común a todos
los restos atómicos que forman la red.
Es importante mencionar que los átomos cuando han cedido los electrones a la
nube común, no son realmente iones, ya que los electrones quedan dentro de la
red, perteneciendo a todos los "restos positivos". Por ejemplo:
En un trozo de sodio metálico, los iones están localizados en una posición fija en
el metal y los electrones de valencia (uno por cada átomo de sodio) están libres
para moverse entre las varias nubes electrónicas.
Teoría de bandas:
Esta teoría representa un modelo más elaborado para explicar la formación del
enlace metálico; se basa en la teoría de los orbitales moleculares. Esta teoría
mantiene que cuando dos átomos enlazan, los orbitales de la capa de valencia se
combinan para formar dos orbitales nuevos que pertenecen a toda la molécula,
uno que se denomina enlazante (de menor energía) y otro antienlazante (de
mayor energía). Si se combinasen 3 átomos se formarían 3 orbitales moleculares,
con una diferencia de energía entre ellos menor que en el caso anterior. En
general, cuando se combinan N orbitales, de otros tantos átomos, se obtienen N
orbitales moleculares de energía muy próxima entre sí, constituyendo lo que se
llama una "banda"
En los metales existe un número muy grande de orbitales atómicos para formar
enlaces deslocalizados que pertenezcan a toda la red metálica (como si fuese una
gran molécula). Como el número de orbitales moleculares es muy grande forman
una banda en la que los niveles de energía, como se ha dicho anteriormente,
están muy próximos.
En los metales se forman dos
bandas.
Una
en
la
que se
encuentran los electrones de la capa
de valencia que se denomina "banda
de valencia" y otra que se llama
"banda de conducción" que es la
primera capa vacía.
En los metales, la banda de valencia
está llena o parcialmente llena; pero
en estas sustancias, la diferencia
energética entre la banda de
valencia y la de conducción es nula;
es decir están solapadas. Por ello,
tanto si la banda de valencia está
total o parcialmente llena, los
electrones pueden moverse a lo largo de los orbitales vacíos y conducir la
corriente eléctrica al aplicar una diferencia de potencial.
Propiedades de los enlaces metálicos
Entre las características básicas producidas por la naturaleza del enlace metálico,
en los metales, podemos destacan:
ƒ
Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus
puntos de fusión y ebullición varían notablemente.
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas (esto se
explica por la enorme movilidad de sus electrones de valencia).
Presentan brillo metálico, por lo que son menos electronegativos.
Son dúctiles y maleables (la enorme movilidad de los electrones de valencia
hace que los cationes metálicos puedan moverse sin producir una situación
distinta, es decir, una rotura).
Pueden emitir electrones cuando reciben energía en forma de calor.
Tienden a perder electrones de sus últimas capas cuando reciben cuantos
de luz (fotones), fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico.
Ejemplos de sustancias con enlaces metálicos
El acero es una aleación de hierro con carbono, que
puede tener, además, pequeñas cantidades de otros
metales como cromo o níquel, y es muy resistente a la
corrosión.
El duraluminio es una aleación de aluminio con cobre y
otros metales como
manganeso y magnesio,
caracterizada por ser más ligera y más dura que el
aluminio.
El latón es una aleación de cobre y zinc, muy
utilizada para fabricar tubos y planchas.
Las aleaciones del mercurio se llaman amalgamas. Las de plata y zinc son
muy utilizadas por los dentistas para llenar las cavidades dentales. El
mercurio, que solo es muy venenoso, cuando se encuentra en esta
amalgama no representa mayor problema de salud.