TEMA 5: construyen todas las sustancias: agua, madera, metales...varias son las preguntas que surgen:

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1 TEMA 5: ENLACE QUÍMICO Los átomos tienden a unirse unos a otros para formar entidades más complejas. De esta manera se construyen todas las sustancias: agua, madera, metales...varias son las preguntas que surgen: Por qué los átomos tienden a unirse y no permanecen aislados como tales? Por qué un átomo de cloro se une a uno de hidrógeno y, sin embargo, un átomo de oxígeno se combina con dos de hidrógeno o uno de nitrógeno con tres de hidrógeno? Cuál es el mecanismo que mantiene unidos los átomos? 1.- ENLACE QUÍMICO La teoría del enlace químico trata de dar respuesta a estas cuestiones. Generalmente, los átomos buscan su estabilidad adoptando una configuración electrónica similar a la de los gases nobles en su última capa o capa de valencia es decir, una configuración 1s 2 o (n s 2 n p 6 ) Por tanto, el comportamiento químico de los átomos vienen determinado por la estructura electrónica de su última capa (capa de valencia) Para conseguir la configuración electrónica de gas noble, los átomos perderán, capturarán o compartirán electrones. REGLA DEL OCTETO Denominamos enlace químico a las fuerzas que mantienen unidos a los átomos entre sí. Se caracterizan por: 1. Son fuerzas de tipo eléctrico 2. Al formarse un enlace siempre se desprende energía 3. La distancia a la que se colocan los átomos es aquella a la que se desprende mayor energía produciéndose la máxima estabilidad 4. Al unirse, los átomos tienen menor energía y mayor estabilidad Diagrama de energía en la formación de una molécula de H 2 5. Existen cuatro tipos de enlaces: IÓNICO, COVALENTE, METÁLICO e INTERMOLECULAR (aquel que une unas moléculas con otras)

2 2- ENLACE IÓNICO Se produce entre átomos de electronegatividad muy distinta: entre metales y no metales. Los metales tienen, en general, pocos electrones en su capa de valencia y tienden a perderlos para quedar con la capa anterior completa (estructura de gas noble) convirtiéndose en cationes. Decimos que son elementos poco electronegativos, es decir, con poca tendencia a ganar electrones En cambio, los no metales tienen casi completa su capa de valencia y tienden a capturar los electrones que les faltan convirtiéndose en aniones y conseguir así la estructura de gas noble. Decimos que son muy electronegativos (mucha tendencia a ganar electrones) Si enfrentamos un átomo al que le falten pocos electrones en su capa de valencia para adquirir la configuración de gas noble (muy electronegativo), tal como el cloro, con otro cuya electronegatividad sea baja, tal como el sodio, éste cederá un electrón al cloro. Como consecuencia, el cloro se convertirá en anión mientras que el sodio se convierte en un catión. Ambos se unirán debido a la atracción entre cargas de distinto signo (ATRACCIÓN ELECTROSTÁTICA) Sodio (Na) Cloro (Cl) Cl - Na + Observa que el proceso fundamental consiste en la transferencia de electrones entre los átomo (uno da un electrón y el otro lo coge), formándose iones de distinto signo que se atraen. En la realidad este proceso se realiza simultáneamente en millones de átomos con el resultado de que se formarán millones de iones positivos y negativos que se atraen mutuamente formando una estructura integrada por un número muy elevado de átomos dispuestos en forma muy ordenada. Es lo que se llama red iónica o cristal. Por lo tanto, en los compuestos iónicos no se puede hablar de moléculas individuales, sino de grandes agregados y la fórmula representa únicamente la proporción en que los iones se encuentran en el compuesto. Es decir, se trata de una fórmula empírica Ejemplos: NaCl. La relación de iones de Na + e iones Cl es la misma Ca Cl 2. Hay doble número de iones Cl que de iones Ca +2 Estructura cristalina del cloruro de sodio

3 2.1- PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS Se forma una estructura cristalina tridimensional en donde todos los enlaces son igualmente fuertes 1. Son sólidos cristalinos de estructura muy ordenada 2. Son duros, cuesta mucho rayarlos debido a que las fuerzas de unión entre iones son muy fuertes 3. Poseen puntos de fusión y ebullición elevados puesto que los enlaces son muy fuertes 4. Suelen ser solubles en agua. 5. Fundidos o en disolución acuosa son buenos conductores de la corriente eléctrica: debido a la existencia de iones (cargas) libres 6. Son frágiles ya que cualquier golpe altera la posición de los iones y esto hace que aparezcan fuerzas de repulsión Fragilidad en un cristal iónico Solubiidad en un disolvente polar 3- ENLACE COVALENTE Se produce entre átomos de electronegatividad alta (no metales) por compartición de electrones. Si los átomos que se enfrentan son ambos electronegativos, ninguno de los dos cederá electrones y para conseguir la configuración de gas noble permanecerán juntos con el fin de compartirlos. Átomo de Cloro Átomo de Hidrogeno Molécula de cloruro de Hidrogeno Cuando los átomos se unen mediante este tipo de enlace se forman unas nuevas entidades formadas por los átomos unidos. Son las moléculas.

4 Para referirse a los compuestos se utilizan las formulas químicas. Por ejemplo, para el caso anterior la fórmula sería HCl. Para representar las moléculas resultantes de la unión mediante enlace covalente se utilizan mucho los DIAGRAMAS DE LEWIS. En ellos se representan por puntos o cruces los electrones de la capa de valencia del átomo y los electrones compartidos se sitúan entre los dos átomos. De esta manera es fácil visualizar cómo ambos átomos quedan con ocho electrones (estructura de gas noble) : : Cl + x H : Cl x H ; : Cl H HCl O + 2 x H H x O x H ; H O H H 2 O N + 3 x H H x N x H ; H N H NH 3 x H H O + 2 x Cl : : Cl x O x Cl : ; : Cl O Cl : Cl 2 O También pueden formarse enlaces covalentes dobles y triples: Enlace covalente doble: 2 : O : ; : O : + : O : : O :: O : ; : O = O : O 2 Enlace covalente triple: 2 : N M ; : N M + M N : : N MM N : ; : N N : N 2 La pareja de electrones compartidos se encuentra desplazada hacia el elemento más electronegativo. En estos casos décimos que el enlace es polar. Cuando los elementos que se unen son iguales hablaremos de enlace no polar.

5 3.1- TIPOS DE COMPUESTOS COVALENTES Existen dos tipos de compuestos covalentes. 1. Los vistos hasta ahora son los compuestos covalentes moleculares, en los que los átomos se unen formando moléculas. Estas moléculas estarán unidas unas a otras mediante unas fuerzas bastante débiles conocidas como fuerzas intermoleculares de las que hablaremos en el punto Pero además existen otros, llamados compuestos covalentes atómicos en los que los átomos forman enlaces simples en dos o tres dimensiones en el espacio con átomos distintos.son muy pocos v Ejemplos: SiO 2 (Sílice ), C (diamante), C (grafito) Estructura del diamante Estructura del cuarzo Estructura del grafito 3.2- PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS COVALENTES 1º- Propiedades de los compuestos covalentes moleculares v Son gases o líquidos (entre las moléculas formadas casi no hay fuerzas que las mantengan unidas) v Tienen puntos de fusión y ebullición bajos. v Suelen ser poco solubles en agua. v Disueltos en agua conducen mal la corriente eléctrica. (no existen cargas libres) 2º- Propiedades de los compuestos covalentes atómicos v Son sólidos a temperatura ambiente v Tienen puntos de fusión y ebullición muy elevados debido a que las fuerzas que unen los átomos son muy intensas v Insolubles en todos los disolventes v Son no conductores (el grafito es el único que sí presenta conductividad)

6 4- FUERZAS INTERMOLECULARES 4.1-ENLACE PUENTE DE HIDRÓGENO: Se da entre moléculas muy polarizadas por ser uno de los elementos muy electronegativo y el otro un átomo de H, que al tener δ + y ser muy pequeño permite acercarse mucho a otra molécula. Enlace de hidrógeno Estructura del hielo (puentes de hidrógeno) 4.2-FUERZAS DE VAN DER WAALS Fuerzas de dispersión (London): Aparecen entre moléculas apolares. En un momento dado la nube electrónica se desplaza al azar hacia uno de los átomos y la molécula queda polarizada instantáneamente. Este dipolo instantáneo induce la formación de dipolos en moléculas adyacentes Atracción dipolo-dipolo: Se da entre moléculas polares. Al ser los dipolos permanentes la unión es más fuerte. Fuerzas de dispersión Atracción dipolo-dipolo

7 5.- ENLACE METÁLICO El enlace metálico es el que mantiene unidos los átomos de los metales. Mediante la estructura del enlace metálico damos explicación a las propiedades más características de los metales tales como su facilidad para conducir la electricidad y el calor, la capacidad para extenderse en hilos muy finos (ductilidad), la capacidad para obtener láminas finas (maleabilidad), densidades elevadas, puntos de fusión altos... El modelo más sencillo de enlace metálico se basa en una de las propiedades características de los metales: su baja electronegatividad (ceden electrones con facilidad). Así pues el enlace metálico podemos describirlo como una disposición muy ordenada y compacta de iones positivos del metal (red metálica) entre los cuales se distribuyen los electrones perdidos por cada átomo a modo de nube electrónica.estos electrones perdidos serán los electrones de valencia del átomo metálico Los electrones pueden circular libremente entre los cationes, no están ligados (sujetos) a los núcleos y son compartidos por todos ellos. Esta nube electrónica hace de colchón entre las cargas positivas impidiendo que se repelan y manteniendo unidos los átomos del metal. En los metales tampoco se forman moléculas individuales. La situación es muy parecida a la encontrada en el caso de los compuestos iónicos. La fórmula de un metal representa al átomo metálico correspondiente. Ejemplos: Fe : hierro; Au: Oro; Cu: cobre PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS METÁLICOS v Son sólidos a temperatura ambiente (a excepción del mercurio) de densidad elevada. Observa que la red metálica es una estructura muy ordenada (típica de los sólidos) y compacta (con los iones muy bien empaquetados, muy juntos, densidad alta) v Temperaturas de fusión y ebullición altas: síntoma de que el enlace entre los átomos es fuerte. v Buenos conductores del calor y la electricidad: debido a la existencia de electrones libres que pueden moverse. v Ductilidad y maleabilidad: debido a la posibilidad de que las capas de iones se puedan deslizar unas sobre otras sin que se rompa la red metálica. No son frágiles presión

8 EJERCICIOS 1. Decidir y justificar cuál es la opción correcta: dos elementos A y B cuyos números atómicos son 7 y 17 respectivamente se unen formando un compuesto de fórmula: a) AB 2 ; b) A 2 B; c) AB 3 ; d) A 3 B. 2. El enlace que se forma entre un átomo de cloro y otro de fósforo de una misma molécula es: a) covalente; b) iónico; c) puente de hidrógeno; d) fuerza de Van der Waals. 3. Razona cuál de las siguientes sustancias están formadas por enlaces covalentes polares: amoniaco, cloruro de sodio, cloro gaseoso, C (diamante). 4. Utiliza la representación de Lewis para deducir cuál será la fórmula final del compuesto formado por N y O. 5. Escribe las representaciones de Lewis de las siguientes moléculas: a) CO 2 ; b) CH 2 =CH 2 ; c) HNO Qué tipo de enlace y cual será la fórmula final del compuesto, especificando de si se trata de fórmula empírica o molecular, y utilizando las reacciones de ionización en caso de enlaces iónicos y la representación de Lewis en caso de enlaces covalentes, de los compuestos formados por las siguientes parejas de átomos: S y K, N y Cl, Br y O? 7. Qué tipo de enlace y cual será la fórmula final del compuesto, especificando de si se trata de fórmula empírica o molecular, y utilizando las reacciones de ionización en caso de enlaces iónicos y la representación de Lewis en caso de enlaces covalentes, de los compuestos formados por las siguientes parejas de átomos: a) Ca y Br? b) As y Li? c) C y Cl? 8. Qué tipo de enlace y cual será la fórmula final del compuesto, especificando de si se trata de fórmula empírica o molecular, y utilizando las reacciones de ionización en caso de enlaces iónicos y la representación de Lewis en caso de enlaces covalentes, de los compuestos formados por las siguientes parejas de átomos a) F y P? b) O y K? c) O y Mg? d) S y F? 9. Utiliza la representación de Lewis para explicar las estructuras de las especies químicas NH 4 + y SO Por qué son gases a temperatura ordinaria los gases nobles? b) Escribe la representación de Lewis del Ar Cuántos átomos formarán sus moléculas? 11. Razona cuál de la siguientes sustancias: mercurio, sulfuro de potasio, cloro, cloruro de hidrógeno a) tendrá mayor punto de fusión; b) será más soluble en agua; c) será más conductora. 12. Dos elementos A y B tienen respectivamente las siguientes configuraciones electrónicas: 1s 2 2s 2 p 6 3s 1 y 1s 2 2s 2 p 4 ; a) qué enlace formarán entre ambos?; b) Cuál será la fórmula del compuesto que formen entre ambos?; c) en qué tipo de disolvente será soluble?; d) en qué condiciones conducirá la corriente eléctrica? 13. Qué tipo de enlace se necesitará romper si queremos: a) fundir Na 2 O; b) conseguir que hierva el agua; c) disolver KCl en agua; d) disociar las moléculas de H 2 en átomos de hidrógeno.