Física y Química 4º ESO Enlace químico página 1 de 6. Enlace químico

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1 Física y Química 4º ESO Enlace químico página 1 de 6 Concepto de enlace químico Enlace químico Generalmente los átomos libres tienen, por separado, una estabilidad menor que cuando están combinados. Todo sistema tiende a alcanzar una estabilidad mayor formando enlaces con otros átomos. Figura 1 Para alcanzar una estabilidad mayor los átomos pueden ir aproximándose (como se ve en la figura 1) intercambiando electrones, compartiéndolos... En esta figura cuando los átomos están libres, separados a una distancia infinita, la energía es nula, a medida que se aproximan, la energía del par de átomos decrece hasta un valor mínimo, para una distancia entre sus núcleos que coincide con la longitud de enlace, si los núcleos siguen aproximándose, la energía vuelve a crecer. A continuación veremos distintas formas que los átomos tienen para ganar estabilidad formando distintos tipos en enlace. Enlace iónico Hemos visto que los elementos situados en los grupos 1 y 2 del sistema periódico tienen un potencial de ionización muy bajo y que los elementos situados en los grupos de la derecha del sistema periódico tienen gran afinidad electrónica. Los primeros ceden con facilidad electrones y los últimos tienen tendencia a ganarlos. Por ello es fácil que los átomos formen iones positivos o negativos por pérdida o ganancia de electrones. Figura 2 Estos iones se atraerán entre si dando lugar a una estructura tridimensional estable. Se trata de la red cristalina. Al formarse esta estructura reticular se desprende una gran cantidad de energía (energía de red o reticular) lo que hace que este tipo de compuestos tengan una gran estabilidad.

2 Física y Química 4º ESO Enlace químico página 2 de 6 Propiedades de los compuestos iónicos Las propiedades de los compuestos son consecuencia de su estructura y por tanto de la estabilidad que la red cristalina implica: Punto de fusión muy elevado. Fundir el compuesto significa la desaparición de la estructura cristalina. Consecuentemente también será muy elevado el punto de ebullición. Dureza alta. Rayar un cristal iónico también supone la ruptura de la estructura cristalina. Fragilidad alta por impacto debido a que esto puede hacer que los iones del mismo signo queden enfrentados. Figura 3 Conductividad eléctrica baja cuando se encuentra en estado sólido (las cargas de los iones y los iones están retenidos por los iones que los rodean). Por el contrario, si están fundidos o disueltos la conductividad es alta. Figura 4 Solubilidad en disolventes polares muy alta (por ejemplo el agua) dado que la energía desprendida por la hidratación de los iones es lo suficientemente elevada como para compensar la energía requerida para la desaparición de la red cristalina. Por el contrario son muy poco solubles en compuestos apolares (por ejemplo los disolventes orgánicos como el benceno, tolueno...).

3 Física y Química 4º ESO Enlace químico página 3 de 6 Enlace covalente Los elementos con potencial de ionización elevado y afinidad electrónica también alta cuando se combinan no pueden cederse electrones entre si, lo que ocurre en este caso es que comparte uno o más pares de electrones. La valencia covalente de cada elemento corresponde al número de electrones que comparte. Generalmente estos compuestos forman pequeñas moléculas constituidas por unos pocos átomos. Se trata de sustancias covalentes moleculares. Figura 5. Los pares electrónicos compartidos se representan por un segmento que representa el enlace covalente, un segmento doble indica un doble enlace, triple enlace triple En el caso de que éstos sean iguales se habla de compuestos homonucleares y heteronucleares si son distintos. Estas moléculas se pueden explicar fácilmente mediante las estructuras de Lewis. En ellas los electrones se representan por puntos o cruces y los pares de electrones por segmentos, según se indica en los siguientes ejemplos. El S comparte dos pares de electrones con dos oxígenos pero En este caso el nitrógeno pone en juego tres electrones para pone en juego otros cuatro electrones aportándolos formar un enlace con un oxígeno y un doble enlace con otro exclusivamente él para formar un enlace dativo con otros dos además de un par de electrones para formar un enlace dativo oxígenos con el tercer oxígeno. Figura 6 Propiedades de los compuestos covalentes Haremos primero referencia a los compuestos covalentes moleculares. (Cl 2, CO, CH 4...) Dado que los electrones compartidos están localizados entre los núcleos de los átomos que los comparten y los enlaces son muy fuertes, las propiedades de los compuestos covalentes son las siguientes: Teniendo en cuenta que las interacciones entre las moléculas son pequeñas: Puntos de fusión y ebullición bajos. Los de masa molecular pequeña son gases. Los de masas moleculares mayores son líquidos o sólidos aunque estos últimos son blandos y amorfos. Debido a la gran localización de los electrones de valencia en el enlace: Son malos conductores del calor y la electricidad. Son insolubles en disolventes polares y más solubles en disolventes apolares. Si las moléculas son polares son solubles en el agua Sustancias covalentes atómicas Los átomos forman en este caso redes tridimensionales. Son ejemplos el diamante y el grafito (ambos compuestos de carbono puro.

4 Física y Química 4º ESO Enlace químico página 4 de 6 Figura 7 Como ya se ha indicado el enlace covalente es muy difícil de romper por tanto estos compuestos serán sólidos (elevado punto de fusión y ebullición) y muy duros (el producir rayas en ellos significaría romper algunos de estos enlaces). Generalmente son aislantes (los electrones están fuertemente localizados en los enlaces) El grafito tiene una estructura en capas y entre ellas se encuentran electrones que tienen una gran movilidad actuando de forma que permiten el deslizamiento de una capa respecto de la otra (causa por la que algunas capas se pueden adherir al papel permitiendo la escritura -minas de los lápices-) y estos electrones podrían ponerse en movimiento cuando son sometidos a una diferencia de potencial (el grafito se usa como electrodo en las pilas convencionales) Sólidos covalentes reticulares El dióxido de silicio (SiO 2 ) cuarzo, presenta una estructura tridimensional como la que se indica en el esquema lo que le da una gran dureza, elevado punto de fusión y ebullición, dificultad a ser rayado... Figura 8 Enlace metálico Los metales ocupan en la tabla periódica grupos del 1 al 12 y también 13,14, 15 y 16. Los metales tienen unas propiedades muy características que se enuncian a continuación: Tienen un alto punto de fusión. Su densidad suele ser elevada. Forman mezclas homogéneas entre si (aleaciones). Son buenos conductores del calor y la electricidad. Pueden estirarse formando hilos (ductilidad) o en láminas muy finas (maleabilidad) Figura 9. Los electrones de valencia son libres y pueden moverse cuando existe entre los extremos del metal una diferencia de potencial. La mayor o menor facilidad con que los electrones se mueven depende del tipo de iones metálicos. La estructura metálica no es molecular sino en forma de red. En esta ocasión los núcleos metálicos junto con los electrones más internos ocupan los nudos de la red, los electrones más externos (electrones de valencia) se encuentran con un alto grado de libertad en los huecos de la red pudiendo moverse a lo largo de toda la estructura y haciendo que los iones metálicos permanezcan ligados en la red. Además los iones metálicos formarán redes diferentes según sea su número atómico, lo que implica un volumen atómico diferente en cada caso. Se presentan por tanto diferentes empaquetamientos como pueden ser hexagonal compacto, cúbico centrado en el cuerpo, cúbico centrado en las caras...

5 Física y Química 4º ESO Enlace químico página 5 de 6 Empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo Figura 10 Empaquetamiento hexagonal compacto Esta estructura metálica puede explicar la conductividad eléctrica y térmica. También se puede explicar con ella el brillo metálico. La estabilidad de la estructura metálica explicaría el elevado punto de fusión. La ductilidad y maleabilidad se explicaría por el colchón que forman los electrones entre los iones que permite el deslizamiento de unas capas respecto de otras por acción de fuerzas. El empaquetamiento de los iones explica la elevada densidad de los metales. Fuerzas intermoleculares Las fuerzas intermoleculares no son enlaces químicos como los estudiados hasta ahora y sin embargo se pueden considerar como un enlace ya que son fuerzas que aparecen entre moléculas covalentes. Estas fuerzas influyen de forma directa en los valores de los puntos de fusión y de ebullición de estas sustancias. Pueden ser de dos tipos: Enlace por puente de hidrógeno Se da en moléculas que contienen hidrógeno unido a un átomo pequeño de afinidad electrónica elevada. Podrían ser ejemplos el fluoruro de hidrógeno (HF) o el agua (H 2 O). En estas moléculas fuertemente polarizadas podemos ver una anormal elevación de su punto de ebullición respecto a moléculas similares con elementos del mismo grupo más pesados. La explicación se puede dar pensando que parte de la nube electrónica que rodea al elemento mas electronegativo (F u O) se desplaza ligeramente hacia hidrógenos de otras moléculas formando una especie de enlace mucho más débil que un enlace covalente (enlace por puente de hidrógeno) Sin embargo este "enlace" es suficiente para que, alcanzar el punto de ebullición, suponga la necesidad de mayor energía puesto que, antes de pasar a estado gaseoso, las moléculas deben romperse estos enlaces por puente de hidrógeno Figura 11

6 Física y Química 4º ESO Enlace químico página 6 de 6 Fuerzas de Van der Waals Se trata de enlaces mucho más débiles debidos a fuerzas de atracción electrostática entre moleculas polares. Esta polaridad puede ser permanente o instantánea como se indica a continuación. Figura 12