Liceo nº3 Nocturno Química 4º año Repartido nº4 Enlace químico

Transcripción

1 Repartido nº4 Enlace químico Formulas de Lewis o Diagramas de Lewis: Para representar la formación del enlace químico utilizamos representaciones gráficas que se denominan diagramas de puntos (o diagramas de Lewis). En estos diagramas se escribe el símbolo del elemento rodeado de puntos, de forma que cada punto representa un electrón de valencia de dicho átomo. La cantidad de puntos equivale a la de electrones de valencia del átomo. Por ejemplo un determinado sodio que tiene la siguiente estructura: sodio 11p + 12n 0 2e - 8e - 1e - Se represente como: Na n=1 n=2 n=3 Para el siguiente cloro: cloro 17p + 18n 0 2e - 8e - 7e - Se represente como: n=1 n=2 n=3 Para los elementos que no tienen más de 4 electrones de valencia, se colocan los puntos separados (no apareados) en torno al símbolo del átomo 1, mientras que para los elementos con más de cuatro electrones, se colocan pares de puntos juntos (electrones apareados) y también desapareados 2. Así por ejemplo los diagramas de Lewis para el, el calcio, el carbono y el oxígeno son los siguientes: Ca C Enlace químico: Los átomos logran una estabilidad especial cuando quedan 8 electrones en su último nivel de energía (salvo el primer nivel que sólo puede contener 2e-). Se puede lograr esta mayor estabilidad de dos formas diferentes: mediante la transferencia de electrones de un átomo a otro (entonces forman enlaces iónicos) o compartiendo electrones entre dos átomos (entonces forman enlaces covalentes). Los átomos del grupo VIIIA ya tienen una estructura electrónica estable y por lo tanto no forman enlaces químicos. El Enlace Químico es la fuerza de atracción eléctrica que se produce entre dos átomos (del mismo o de diferente elemento) manteniéndolos unidos, para lograr estructuras más estables. 1 La excepción es el helio en el cual se colocan dos puntos juntos (apareados) e: Esto se debe a que el primer nivel de energía se completa con 2 electrones. 2 Los átomos con 8 electrones de valencia se representan con 4 pares de electrones apareados. Prof. Julio Francis página 1

2 Enlace iónico: En la formación del enlace iónico, los átomos de un elemento ceden electrones adquiriendo cargas positivas 3 (cationes), mientras que los átomos de otro elemento ganan electrones adquiriendo cargas eléctricas negativas 4 (aniones) Las sustancias químicas donde se encuentran enlaces iónicos se denominan sustancias iónicas. El enlace iónico es la fuerza de atracción que existe entre los aniones y los cationes que forman una sustancia iónica debido a que poseen cargas eléctricas opuestas. Representamos la formación del enlace iónico escribiendo primero los diagramas de Lewis de los átomos que van a enlazarse, luego señalamos los cambios que ocurren al formar el enlace y por último los diagramas de Lewis de las partículas resultantes (luego de formado el enlace). A continuación se muestran 3 ejemplos donde se representa la formación del enlace iónico: 1) A) B) C) Na Na Na + sodio cloro ionización catión sodio anión cloruro Enlace Iónico 2) A) B) C) Ca Ca Ca 2+ 2 calcio oxígeno ionización catión calcio anión óxido 3) A) B) C) Ca Ca Ca 2+ calcio cloro ionización Enlace Iónico catión calcio anión cloruro Enlace Iónico anión cloruro En el ejemplo 1) la sustancia que se encuentra formada por aniones cloruro (-) y cationes sodio (Na+), contiene la misma cantidad de cationes que de aniones ya que el electrón que gana cada cloro proviene de un sodio. La fórmula que representa a esta sustancia es Na (cloruro de sodio), esta fórmula indica que la relación entre Na+ y - es 1 /1 (1 catión por cada anión). 3 La cantidad de cargas positivas de un catión equivale a la cantidad de electrones que cede al formar el enlace. 4 La cantidad de cargas negativas de un anión equivale a la cantidad de electrones que gana al formar el enlace. Prof. Julio Francis página 2

3 En la siguiente figura se representa la estructura del cloruro de sodio observe que las partículas que forman la sustancia (como en cualquier sustancia iónica ), son iónes (no átomos ni moléculas), y las fuerzas que mantienen unidos estos iones son enlaces iónicos. Estructura del cloruro de sodio (Sal de mesa) Representación mediante dos modelos diferentes de la estructura. Vista de una muestra de cloruro de sodio mediante el aumento de una lupa En el ejemplo 2) la relación entre cationes y aniones también es 1/1 y por lo tanto la fórmula es Ca (óxido de calcio). En el ejemplo 3) la relación entre cationes calcio y aniones cloruro es 1/2 (1 catión cada dos aniones y la fórmula es Ca 2 (cloruro de calcio) ACTIVIDAD 13: Copia en una hoja cada pregunta con su respuesta a continuación. 1) Qué se representa en el cuadro 1) A)? 2) Qué indica la flecha en el cuadro 1) B)? 3) Qué significa ionización, quienes se ionizan en el cauadro1)? 4) Qué representa el signo + y en el cuadro 1) C)? 5) Qué es el enlace iónico en el caso 1)? 6) Cuántos e - se transfieren en el cuadro 2)? 7) Qué átomo gana e- y cuantos e- gana en el cuadro 2? 8) Qué átomo pierde e- y cuantos e- pierde en el cuadro 2? 9) Cuál es la carga del catión calcio y la del anión óxido en el cuadro 2? 10) Cuántos e - se transfieren en el cuadro 3)? 11) Qué átomo gana e- y cuantos e- gana en el cuadro 3? 12) Qué átomo pierde e- y cuantos e- pierde en el cuadro 3? 13) Cuál es la relación entre cationes y aniones en los cuadros 1, 2 y 3? explica por qué. 14) Cómo es la fórmula de las sustancias que se forman en los cuadros 1, 2 y 3.? 15)Representa la formación de enlace iónico en los siguientes casos: A) entre Na y F B) entre Na y C)entre S y K D) Entre Al y F E) Entre Al y. Prof. Julio Francis página 3

4 Electronegatividad: Para predecir si el enlace que se forma entre dos átomos es iónico o covalente recurrimos al cálculo de la diferencia de electronegatividad (ΔEN) de la siguiente forma: btener el valor de la electronegatividad de cada átomo (recurrir a la tabla periódica) Calcular la ΔEN restando ambos valores:δen=en1 EN2(restar el valor mayor el menor valor). Si ΔEN calculado es mayor que 1,7, entonces será un enlace iónico. Si ΔEN calculado es mayor que 0 y menor que 1,7, enlace covalente polar. Si ΔEN calculado es igual a 0, será enlace covalente apolar (no polar) Por ejemplo considere los enlaces entre los siguientes átomos: A) Na B) C) EN=0,9 EN=3,0 EN=0,9 EN=3,0 EN=3,0 EN=3,0 ΔEN= 3,0-0,9= 2,1 ΔEN= 3,0-2,1= 0,9 ΔEN= 3,0-3,0= 0,0 Enlace iónico Enlace covalente polar Enlace covalente apolar ACTIVIDAD 14: Calcular la ΔEN en cada caso e indicar que tipo de enlace se formará: 1) Entre átomos de oxígeno y átomos de. 2) Entre átomos de oxígeno y átomos de potasio. 3) Entre átomos de nitrógeno y átomos de. 4) Entre átomos de nitrógeno 5) Entre átomos de fluor y átomos de calcio 6) Entre átomos de carbono y átomos de El enlace iónico se produce cuando es muy grande la diferencia que existe entre las electronegatividades de los átomos que forman el enlace. Esto significa que los electrones del enlace son mucho más atraídos por el átomo más electronegativo 5 de forma tal que se transforma en un anión (gana electrones). Mientras que el átomo menos electronegativo atrae muy poco los electrones del enlace transformándose en un catión (cede electrones). El enlace covalente se produce cuando la diferencia de electronegatividades entre los átomos del enlace no es suficiente para que se transfieran electrones (los dos átomos que forman el enlace atraen de forma similar los electrones del enlace). Aquí existen 2 posibilidades: a) que las dos electronegatividades sean iguales (entonces ΔEN = 0) 6, y en este caso el enlace es covalente apolar (o covalente no polar) b) que exista alguna diferencia entre las electronegatividades (no lo suficientemente grande como para que exista transferencia de electrones) 7, en este caso el enlace es covalente polar. 5 La electronegatividad es la capacidad relativa que tiene un atraer los electrones del enlace. 6 En este caso los dos átomos atraen con la misma fuerza los electrones compartidos en el enlace 7 Los electrones compartidos en el enlace están más atraídos por uno de los átomos que se enlazan que por el otro. Prof. Julio Francis página 4

5 Enlace covalente: En la formación del enlace covalente, los átomos de un elemento comparten electrones con átomos de otro elemento o del mismo elemento. El conjunto de átomos unidos por enlaces covalentes (polares o no polares), se denomina molécula y se comporta como una única partícula 8. Las sustancias formadas por moléculas se denominan sustancias moleculares. En las sustancias moleculares, las moléculas permanecen (no se transforman ni se destruyen) cuando ocurren procesos físicos 9. Enlace covalente apolar: Se produce cuando los elementos que intervienen tienen la misma electronegatividad. En el ej Por ejemplo el gas es una sustancia formada por moléculas diatómicas (dos átomos de unidos por un enlace covalente forman cada molécula de ),y se representa con 10 la fórmula 2. La formación del enlace entre los átomos se representa de la siguiente forma mediante fórmulas de Léwis: A) B) Molécula de idrógeno C) También se representa de la siguiente forma: un enlace covalente apolar Representa el par de electrones compartido Para la sustancia cloro (fórmula 2 ), se representa la formación del enlace mediante diagramas de Lewis como sigue: A) B) Molécula de oro C) También se representa de la siguiente forma: Átomos del elemento cloro cloro un enlace covalente Molécula de la sustancia Representa el par de electrones compartido Representación de la molécula de la sustancia cloro: ACTIVIDAD 15: Representar la formación del enlace para el Br 2 y para el I 2 8 Las moléculas son partículas eléctricamente neutras, más allá que dentro de cada molécula puedan existir diferencia de cargas, estas se compensan. 9 Como cambios de estado de agregación (solidificación, ebullición,etc.), o procesos de disolución. En todos estos casos las moléculas permanecen. 10 Lo mismo ocurre con el cloro ( 2), oxígeno ( 2), nitrógeno(n 2) y la mayoría de las sustancias simples gaseosas no metálicas. Prof. Julio Francis página 5

6 Enlace covalente polar: Se produce cuando la diferencia de electronegatividades es mayor que 0 pero menor que 1,7 11. En éste tipo de enlace los electrones son más atraídos por uno de los átomos que forman el enlace. Por este motivo los electrones se mueven promedialmente más cerca del núcleo de uno de los átomos que del otro. Ahora bien como los electrones tienen carga eléctrica negativa, provocan una diferencia de cargas negativa sobre el átomo que los atrae más (el más electronegativo), y como el núcleo atómico es positivo existe una diferencia de cargas positiva sobre el átomo que atrae menos los electrones Dicho de otra forma, los electrones se distribuyen de forma desigual entre los núcleos que forman la molécula, esto provoca que una parte de la molécula sea más negativa que la otra (existe un momento dipolar dentro de la molécula). Como ejemplo podemos considerar el enlace que existe entre átomos de y en la sustancia. A continuación representamos mediante fórmulas de Lewis la formación del enlace en este ejemplo: A) B) Molécula de C) También se representa de la siguiente δ- forma: átomo de cloro δ+ Electrones compartidos en un enlace covalente polar Representa una diferencia de cargas positiva δ+ δ- Representa el par de electrones compartido Distintas representaciones de la molécula de (sustancia covalente polar) Representa una diferencia de cargas negativa δ+ δ- En las representaciones b) y c) los signos δ+ y δ- (se lee deltapositivo y deltanegativo) representan la distribución desigual de cargas en la molécula, de forma que los electrones del enlace se mueven promedialmente más cerca del núcleo de cloro (elemento más electronegativo), que del núcleo de. Ya que el núcleo de cloro atrae en mayor medida los electrones del enlace, y los electrones tienen carga negativa, producen una diferencia de cargas negativa (δ-) sobre el y positiva (δ+)sobre el, dentro de la molécula. 11 Este límite superior se debe tomar con precaución, es tan solo un criterio que se puede utilizar para predecir el tipo de enlace, pero para saber lo con certeza se debería contar con otros elementos de decisión. Prof. Julio Francis página 6

7 Debido a que existe esta distribución desigual de cargas, se dice que la molécula es dipolar (o que es un dipolo), en la representación d) la flecha( )representa el momento dipolar que apunta a la parte más negativa de la molécula. ACTIVIDAD 16: Representar la formación del enlace covalente polar entre el Br y el Valencia y enlace covalente múltiple: La valencia de un elemento corresponde a la cantidad de enlaces que puede formar un dicho elemento. Por ejemplo los átomos de y los átomos de cloro solo pueden formar un enlace por lo tanto la valencia del es I y la del también es 1. A los efectos del curso podemos saber la cantidad de enlaces que forma un átomo a partir de la fórmula de Lewis, ya que corresponde a la cantidad de electrones desapareados que tiene. Por ejemplo, el tiene la siguiente fórmula de Lewis : tiene por lo tanto un sólo electrón desapareado y solo puede formar 1 enlace. El oxígeno tiene la siguiente fórmula de Lewis: tiene 2e- desapareados y por lo tanto puede formar dos enlaces, de forma que la valencia del oxígeno es dos. ACTIVIDAD 17: Para los elementos F, C y N: 1) Representar la fórmula de Lewis. 2) Cuántos electrones desapareados tiene? 3) Cuántos enlaces puede formar? 4) Cuál es la valencia? Los átomos que sólo pueden formar un enlace (valencia I), solo pueden formar un enlace covalente simple porque solo se comparte un par de electrones, como los que representamos en los ejemplos anteriores ( 2, 2, ). Pero los elementos con valencia II, III, o IV pueden compartir más de un par de electrones con otro átomo, en este caso se forman enlaces covalentes múltiples. Por ejemplo los átomos de oxígeno se pueden unir entre sí compartiendo 2 pares de electrones : A) B) Molécula de oxígeno C) También se representa de la siguiente forma: oxígeno oxígeno un enlace covalente doble Representa dos pares de electrones compartidos Los átomos de nitrógeno se pueden unir entre sí compartiendo tres pares de electrones: A) B) Molécula de nitrógeno C) También se representa de la siguiente forma: N nitrógeno N nitrógeno un enlace covalente triple Representa tres pares de electrones compartidos Así que los enlaces covalentes entre dos átomos pueden ser: simples, dobles o tripes, si se comparten un par, dos pares, o tres pares de electrones. N N N N Prof. Julio Francis página 7