Enlace químico Educación Secundaria Obligatoria Física y Química

Transcripción

1 EL ENLACE QUÍMICO Hay tres maneras en que se unen los átomos: enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. Los enlaces entre átomos se producen porque éstos quieren cumplir la regla del octeto. La regla del octeto Los gases nobles (columna 18 de la tabla periódica) se encuentran en la naturaleza sin formar enlaces, como átomos aislados. Esto es debido a que su configuración electrónica es especialmente estable. De los gases nobles, el helio (He) tiene 2 electrones de valencia (su configuración electrónica es 1s 2 ) y los demás tienen 8 electrones de valencia (la configuración electrónica de su capa de valencia es ns 2 np 6 ). Esto quiere decir que los gases nobles tienen 8 electrones en su última capa, exceptuando el helio que sólo tiene dos. Los demás elementos tenderán a ganar o perder electrones para adquirir la configuración electrónica especialmente estable de gas noble. Como los gases nobles, exceptuando el helio, tienen ocho electrones en su última capa, se suele decir que los elementos tenderán a ganar o perder electrones para tener 8 electrones en su última capa. Esto constituye la regla del octeto. Enlace iónico Para adquirir la configuración electrónica de gas noble los metales tienden a perder electrones y convertirse en cationes (iones positivos). Por ejemplo, la configuración electrónica del sodio (Na) es 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Tiene 1 electrón de valencia y para adquirir la configuración electrónica de gas noble le es más fácil perder 1 electrón que ganar 7. Si pierde un electrón se queda como Na +, cuya configuración electrónica es 1s 2 2s 2 2p 6, que es la configuración electrónica del gas noble neón (Ne). Por tanto, el Na tiende a perder 1 electrón y quedarse como el catión Na +. Na Na + + 1e - Para adquirir la configuración electrónica de gas noble los no metales tienden a ganar electrones y convertirse en aniones (iones negativos). El cloro (Cl) tiene una configuración electrónica de 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5. Como ves, tiene 7 electrones de valencia y le es más fácil ganar 1 electrón que perder 7. Si gana 1 electrón se convierte en el anión Cl -, cuya configuración electrónica es 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, que es la configuración electrónica del gas noble argón (Ar). Cl + 1e - Cl - Cuando un metal y un no metal están juntos, el metal le cede electrones al no metal (el metal se queda positivo y el no metal negativo). Cuando átomos de Na y de Cl se juntan, los átomos de Na cederán un electrón a los átomos de Cl. Se forma el cloruro de sodio (NaCl). Las cargas positivas (metales) y las negativas (no metales) se atraen mutuamente por fuerzas electrostáticas. Eso es el enlace iónico. 1

2 Se forma una red cristalina (NO se forman moléculas). En nuestro ejemplo del cloruro de sodio (NaCl), la red cristalina formada es la siguiente: En ella se ve que en la red cristalina la proporción es 1:1 (por cada átomo de Na hay un átomo de Cl). - El calcio (Ca) tiene la configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2. Tiene 2 electrones de valencia y le es más fácil perder 2 electrones que ganar 6. Si pierde 2 electrones, transformándose en Ca 2+, adquiere la configuración electrónica del argón (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ). El flúor (F), tiene la configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p 5. Tiene 7 electrones de valencia y le es más fácil ganar 1 que perder 7. Si gana 1 electrón adquiere la configuración electrónica del neón (1s 2 2s 2 2p 6 ). El calcio cede 2 electrones y como cada F sólo acepta 1, cada átomo de calcio que ceda 2 electrones le va a dar 1 electrón a dos átomos de F. Es por ello que la fórmula empírica del fluoruro de calcio es CaF 2. Esta fórmula significa que, por cada átomo de Ca hay 2 de F en la red. 2

3 Propiedades de las sustancias que presentan enlace iónico Son sólidos a temperatura ambiente. Por qué?: El enlace iónico es un enlace fuerte. Los iones se unen mediante una interacción fuerte que les hace estar en estado sólido. Tienen altos puntos de fusión. Son duros. Por qué?: Al ser el enlace iónico un enlace fuerte, se requiere mucha energía para separar los iones. Por qué?: La dureza de un material es su resistencia a ser rayado. Al rayar un material estamos rompiendo sus enlaces, y al ser el enlace iónico un enlace fuerte, nos costará mucho esfuerzo. Son frágiles. Por qué?: Cuando se golpea un compuesto iónico los iones se desplazan, quedando enfrentadas las cargas positivas con las positivas y las negativas con las negativas. Las cargas del mismo signo se repelen provocando la ruptura del cristal. Se pueden disolver en agua. Los electrones en la molécula de agua no se distribuyen uniformemente sino que están más desplazados hacia un lado de la molécula. Esto hace que la molécula de agua sea un dipolo (una parte de ella tiene carga parcial negativa y otra carga parcial positiva) e interaccione con los iones, desmoronando la red cristalina. Al disolverse el compuesto iónico, los iones quedan rodeados por moléculas de agua, en un fenómeno conocido como solvatación. 3

4 No pueden conducir la electricidad en estado sólido. Por qué?: Para conducir la electricidad es necesario que haya cargas con libertad de movimiento, y en la red cristalina los iones están en posiciones fijas. Pueden conducir la electricidad fundidos o disueltos. Por qué?: Cuando la red cristalina se desmorona (al fundirse o al disolverse en agua), los iones tienen libertad de movimiento. Enlace metálico Para adquirir la configuración electrónica de gas noble los metales tienden a perder electrones. Cuando muchos átomos de un metal están juntos, todos pierden electrones: se forma una red de átomos formada por cationes (iones positivos) en la que los electrones perdidos se pueden mover con libertad formando una nube de electrones. Se forma una estructura tridimensional en forma de red, no se forman moléculas. Ya hemos visto que el Na tiende a perder 1 electrón transformándose en el catión Na +. Por ello el Na está formado por una red de cationes Na + en la que los electrones perdidos se mueven por la red. - Ya hemos visto que el Ca tiende a perder 2 electrones transformándose en el catión Ca 2+. Por ello el Ca está formado por una red de cationes Ca 2+ en la que los electrones perdidos se mueven por la red. Propiedades de las sustancias que presentan enlace metálico Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (Hg), que es líquido. Tienen altos puntos de fusión. Son duros. Por qué?: El enlace metálico es un enlace fuerte, por lo que se requiere mucha energía para romper este enlace. Por qué?: El enlace metálico es un enlace fuerte, lo que hace que requiera un gran esfuerzo rayar un metal. 4

5 Pueden conducir la electricidad en estado sólido. Por qué?: Porque tienen electrones que se pueden mover libremente. Pueden conducir el calor. Por qué?: Al calentar una zona del metal, los electrones de esa zona adquieren una alta energía cinética. Al tener libertad de movimiento, esos electrones con alta energía cinética se moverán a otras zonas del metal, transmitiendo esa energía cinética a los cationes de otras zonas. Son dúctiles (pueden formar hilos) y maleables (pueden formar láminas). Por qué?: Las capas de átomos se pueden desplazar unas sobre otras sin romperse la estructura de la red. Se pueden fundir y disolver unos metales con otros para formar aleaciones. Por ejemplo, bronce=cobre+estaño. Por qué?: Los cationes se acomodan fácilmente formando una nueva red cristalina. Tienen densidad elevada. Por qué?: La estructura de la red es muy compacta. Enlace covalente Para adquirir la configuración electrónica de gas noble los no metales tienden a ganar electrones. Cuando tenemos dos no metales, ambos pueden ganar electrones si los comparten. En el enlace covalente se comparten pares de electrones. Si se comparte un par de electrones estamos ante un enlace sencillo. Si se comparten dos pares de electrones estamos ante un enlace doble. Y si se comparten tres pares de electrones estamos ante un enlace triple. 5

6 Ya hemos dicho que el Cl tiende a ganar 1 electrón para adquirir la configuración electrónica de gas noble. Pues bien, si 2 átomos de Cl comparten 1 par de electrones (enlace sencillo), ambos adquieren la configuración de gas noble, y forman la molécula de Cl 2. El oxígeno (O) tiene configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p 4, y para adquirir la configuración electrónica de gas noble tiende a ganar 2 electrones, adquiriendo la configuración del neón (Ne), que es 1s 2 2s 2 2p 6. Por ello dos átomos de oxígeno pueden adquirir la configuración electrónica de gas noble si comparten dos pares de electrones (enlace doble), formando la molécula de O 2. En general, se comparten tantos pares de electrones como electrones necesita cada átomo. Las sustancias que presentan enlace covalente pueden formar moléculas o redes cristalinas. Propiedades de las sustancias que, presentando enlace covalente, forman moléculas Son gases (O 2 ), líquidos (H 2 O) o sólidos (I 2 ) a temperatura ambiente, pero siempre con bajos puntos de fusión y ebullición y si son sólidos, son sólidos blandos (fáciles de rayar). Por qué?: El enlace covalente es muy fuerte pero las moléculas no se unen entre sí mediante enlace covalente, sino mediante fuerzas intermoleculares, que son muy débiles. 6

7 Muchos de ellos no se disuelven en agua. Por qué?: Podrán disolverse en agua aquellas moléculas en las que, al igual que en el agua, los electrones no estén uniformemente distribuidos en la molécula (moléculas polares). Si los electrones están uniformemente distribuidos en la molécula ésta es apolar. Las moléculas apolares no se disuelven en agua. No conducen la electricidad. Por qué?: No hay iones ni electrones libres. Propiedades de las sustancias que, presentando enlace covalente, forman redes cristalinas Algunos ejemplos de compuestos (o elementos) covalentes que forman una red cristalina son el carbono (C) en la forma de diamante; sílice (dióxido de silicio, SiO 2 ); o carborundo (carburo de silicio SiC). Son sólidos a temperatura ambiente con altos puntos de fusión y son muy duros. Por qué?: El enlace covalente es un enlace muy fuerte por lo que se requiere mucha energía para romper este enlace. No pueden disolverse en agua. Por qué?: Al no haber iones, el agua no puede interaccionar con el compuesto. No conducen la electricidad. Por qué?: No hay iones ni electrones libres. Diferencia entre red cristalina y molécula Una red cristalina está formada por millones de átomos unidos entre sí en una estructura ordenada. Cuando un compuesto forma redes cristalinas indicamos su fórmula química con su fórmula empírica, en la que indicamos la proporción de cada elemento en la red. Por ejemplo, en el cloruro de sodio, NaCl, por cada átomo de Na hay 1 átomo de Cl. En el fluoruro de calcio, CaF 2, por cada átomo de Ca hay 2 átomos de F. Una molécula es una entidad química formada por un número fijo y normalmente pequeño de átomos unidos por enlaces covalentes. La fórmula molecular indica el número de átomos de los distintos elementos que forman una molécula. Por ejemplo, la fórmula molecular del agua es H 2 O, y quiere decir que en 1 molécula de H 2 O hay 2 átomos de H y 1 átomo de O. La fórmula empírica del agua también es H 2 O. La fórmula molecular del etano es C 2 H 6 y esto quiere decir que en 1 molécula de C 2 H 6 hay 2 átomos de C y 6 átomos de H. La fórmula empírica del etano es CH 3. 7