Tema 3 Enlace Químico

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1 Tema 3 Enlace Químico IES Padre Manjón Prof: Eduardo Eisman FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 1 El Enlace Químico CONTENIDOS 1. Enlace químico en las sustancias 2. Tipos de enlace entre átomos 3. Enlace iónico 4. Enlace covalente 5. Enlace metálico 6. Enlace con moléculas 7. Propiedades de las sustancias y enlace CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE 4. Interpretar los distintos tipos de enlace químico a partir de la configuración electrónica de los elementos implicados y su posición en la Tabla Periódica. 5. Justificar las propiedades de una sustancia a partir de la naturaleza de su enlace químico Utiliza la regla del octeto y diagramas de Lewis para predecir la estructura y fórmula de los compuestos iónicos y covalentes Interpreta la diferente información que ofrecen los subíndices de la fórmula de un compuesto según se trate de moléculas o redes cristalinas Explica las propiedades de sustancias covalentes, iónicas y metálicas en función de las interacciones entre sus átomos o moléculas Explica la naturaleza del enlace metálico utilizando la teoría de los electrones libres y la relaciona con las propiedades características de los metales Diseña y realiza ensayos de laboratorio que permitan deducir el tipo de enlace presente en una sustancia desconocida. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 2

2 El Enlace Químico CRITERIOS DE EVALUACIÓN 6. Nombrar y formular compuestos inorgánicos ternarios según las normas IUPAC. 7. Reconocer la influencia de las fuerzas intermoleculares en el estado de agregación y propiedades de sustancias de interés. ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE 6.1. Nombra y formula compuestos inorgánicos ternarios, siguiendo las normas de la IUPAC Justifica la importancia de las fuerzas intermoleculares en sustancias de interés biológico Relaciona la intensidad y el tipo de las fuerzas intermoleculares con el estado físico y los puntos de fusión y ebullición de las sustancias covalentes moleculares, interpretando gráficos o tablas que contengan los datos necesarios. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Enlace químico en las sustancias Enlace químico entre átomos: fuerzas que mantienen unidos a los átomos que forman un cristal o una molécula Enlace químico entre moléculas o fuerzas intermoleculares: conjunto de fuerzas que unen las moléculas. Son responsables de que una sustancia se presente en estado, sólido, líquido o gas, y también de que se pueda disolver en otra. Las fuerzas involucradas en el enlace químico son de naturaleza eléctrica. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 4

3 2.1 Tipos de enlaces entre átomos Para alcanzar la máxima estabilidad, todos los átomos tienden a obtener la configuración de valencia de los gases nobles (8 electrones, salvo el helio). Existen tres tipos de enlaces entre átomos: iónico, covalente y metálico. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ El enlace químico entre átomos Mecanismos de unión entre átomos se caracterizan por Transferencia de electrones se llama Compartición de electrones se llama Liberación de electrones se llama Enlace iónico Enlace covalente Enlace metálico es la unión entre Metales No metales es la unión entre No metales No metales es la unión entre Átomos de un mismo metal FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 6

4 3.1 Enlace iónico Una de las formas que tiene los átomos de tener ocho electrones en su último nivel de energía es perdiendo o ganando electrones. El magnesio cede dos electrones al oxígeno. Ambos consiguen completar el octeto en su capa de valencia. 12p 12nº Magnesio Mg 8p 8nº Oxígeno 16 8 O 12p 12nº Catión magnesio Mg Regla del octeto 8p 8nº Anión oxígeno O = Los iones formados quedan unidos ya que se atraen fuertemente por tener carga eléctrica de distinto signo. Este enlace se denomina iónico, ya que los átomos participantes antes se encuentran en forma de iones. Se produce entre átomos de un metal y un no metal FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Enlace iónico En el caso del sodio y el oxígeno: Na Na O O 2 Na Na El enlace iónico no forma moléculas. La fórmula del compuesto iónico indica la proporción en que se combinan. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 8

5 3.3 Enlace iónico Unión ejerce e fuerzas en todas direcciones, de modo que cada ión positivo atrae a todos los iones negativos vecinos, rodeándose del mayor número de ellos posible, y viceversa. Ión O 2 Ión Mg 2 Cristal iónico Los compuestos iónicos no forman moléculas, sino agregados iónicos que dan lugar a redes cristalinas geométricas as. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Propiedades de los compuestos iónicos A temperatura ambiente, son sólidos cristalinos. Tienen altos puntos de fusión y ebullición, debido a la intensidad de las fuerzas de enlace, que hace muy difícil separar los iones. Son duros (oposición a ser rayados) y frágiles (un golpe seco altera la red). Compuesto iónico Punto de Fusión ºC NaF 990 NaCl 800 NaBr 750 NaI 660 MgO 2664 CaO 2570 SrO 2430 BaO 1925 FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 10

6 3.5 Propiedades de los compuestos iónicos La mayoríaa son solubles en disolventes polares que como el agua. Pero ninguno en disolventes orgánicos apolares (gasolinas, benceno, ). En estado sólido no conducen la electricidad, sin embargo fundidos o en disolución se convierten en conductores ores de la electricidad cidad porque, en este caso, los iones positivoss y negativos tienenn libertad de movimiento to. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Actividades: compuestos iónicos 1. Estudia la fórmula de los compuestos iónicos que resultan de la combinación de: a) Ca y O b) Al y I c) F y Mg FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 12

7 4.1 Enlace covalente El enlace covalente se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones para completar su capa de valencia, según la regla del octeto, adquiriendo así estabilidad. Ejemplo: La molécula de flúor: F 2 La configuración electrónica del átomo de flúor es: 1s 2 2s 2 2p 5 par común Diagramas de Lewis: Lewis propuso representar los electrones de la última capa en parejas o aislados mediante puntos o cruces alrededor del símbolo del elemento: F F F F FF o bien F 2 FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Enlace covalente En la molécula de hidrógeno, H 2, se comparte un par de electrones. La molécula se forma mediante un enlace covalente simple. H: 1s 1 H H HH o H H En la molécula de oxígeno, O 2, se comparten dos pares de electrones. La molécula se forma mediante un enlace covalente doble. O [He] 2s 2 2p 4 O O O O o O O En la molécula de nitrógeno, N 2, el átomo de nitrógeno [He] 2s 2 2p 3, necesita tres electrones para completar el octeto; se comparten tres pares de electrones. La molécula de nitrógeno se forma mediante un enlace covalente triple. N N N N N N N 2 FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 14

8 4.3 Enlace covalente En la molécula de agua, H 2 O, el átomo de oxígeno necesita dos electrones para completar el octeto. El oxígeno comparte un par de electrones con cada uno de los átomos de hidrógeno. O 2 H O H H o O H H En una misma molécula covalente se pueden dar varios y distintos tipos de enlaces covalentes. CO 2 dióxido de carbono COCl 2 fosgeno La mayoría de las sustancias covalentes forman moléculas. La fórmula de una molécula indica el número de átomos de cada elemento que la forman,yno solo su proporción. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Los cristales covalentes Algunas sustancias covalentes forman cristales (diamante, grafito, sílice). Diamante: carbono cristalizado Grafito Sílice Cristal perfecto e incoloro. Es el material más duro. Aislante eléctrico. A cada átomo le queda 1 electrón que no forma enlace covalente, lo que hace que pueda conducir electricidad. La sustancia (cuarzo o arena) es dura y aislante de la electricidad. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 16

9 4.5 Propiedades de las sustancias covalentes Sustancias Moleculares La mayoría son, a temperatura y presión ordinarias, gases. Las hay también líquidas (agua, alcohol etílico) e incluso sólidas (yodo y azufre), esto depende de las fuerzas intermoleculares. Poseen bajos puntos de fusión y ebullición. Al no tener electrones libres, no conducen la electricidad. En general son, buenos aislantes. La mayoría no son solubles en agua, pero sí en hidrocarburos y otros disolventes orgánicos. Las sustancias polares disuelven a las polares (el NH 3 se disuelve en H 2 O). Las sustancias apolares disuelven a las apolares (el I 2 se disuelve en CCl 4 ). Cristales covalentes Son sólidos a temperatura ambiente. Presentan altos puntos de fusión y ebullición. Son sustancias muy duras, aunque frágiles.. Son prácticamente insolubles en cualquier tipo de disolvente. No son buenos conductores de la electricidad (excepto el grafito). FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Actividades: compuestos covalentes 2. Estudia la fórmula de los compuestos covalentes que resultan de la combinación de: a) H y S b) Br y N c) F y C 3. El cloroformo y el agua oxigenada son compuestos covalentes de fórmula CHCl 3 yh 2 O 2, respectivamente. Dibuja la estructura de Lewis de cada uno de ellos. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 18

10 5.1 Enlace metálico. Modelo del mar electrónico Por qué los metales son muy buenos conductores de la electricidad? En 1900, Drude propuso un modelo basado en la idea de que los átomos metálicos, al unirse, se desprenden de sus electrones que quedan deslocalizados en la red y sin conexión con los átomos que quedan cargados positivamente. CRISTAL METÁLICO Cobre Cationes metálicos Nube de electrones El enlace metálico se da cuando se combinan metales entre sí. Se debe a la atracción entre la nube que se forma con los electrones de valencia de los átomos y los iones positivos que quedan. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Propiedades de los metales Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el Hg. Tienen altas densidades y altos puntos de fusión y ebullición debido a las grandes fuerzas que intervienen. Poseen un brillo característico (brillo metálico). Son dúctiles y maleables, es decir; se pueden estirar en hilos finos y en chapas. Son excelentes conductores del calor y de la electricidad. No se disuelven en los disolventes ordinarios. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 20

11 5.3 Ejercicio resuelto Razona el tipo de enlace que se da en las siguientes sustancias: a) MgCl 2 ; b) Fe; c) NH 3 a) Mg es un metal del grupo 2 con dos electrones en la capa de valencia. El Cl es un no metal del grupo 17 con siete electrones en la capa de valencia. Para adquirir la configuración de gas noble: MgCl 2 cloruro de magnesio 2 Enlace iónico b) El Fe es un elemento del grupo 8. Es un metal de transición. Enlace metálico c) El N es un elemento del grupo 15, un no metal con 5 electrones en su capa de valencia. Necesita 3 electrones para completar la capa. El H tiene 1 electrón en su capa de valencia. Necesita 1 electrón para adquirir configuración de gas noble. Enlace covalente NH 3 amoniaco FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Actividades 4. Analiza el tipo de enlace que se da entre los átomos en las siguientes sustancias: a) BaCl 2 b) SO c) Mg d) NaF e) NF 3 f) Cs FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 22

12 6.1 Enlace químico entre moléculas Las sustancias moleculares pueden aparecer en estado sólido o líquido dependiendo de los enlaces entre sus moléculas. En las sustancias gaseosas las fuerzas intermoleculares son menos intensas. Son moléculas polares aquellas que tienen una parte con mayor densidad de electrones, el polo negativo, y otra parte con menor densidad de electrones, el polo positivo (HCl, H 2 O). Son moléculas apolares aquellas que tienen los electrones repartidos por igual; por eso no tienen polos (Cl 2,CO 2 ). Molécula Polar Molécula Apolar FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Enlaces intermoleculares Los enlaces intermoleculares son enlaces químicos entre moléculas iguales o diferentes. Son más débiles que los enlaces entre los átomos. Los enlaces entre moléculas polares son más fuertes que entre moléculas l apolares, que suelen ser gaseosas. Algunas moléculas polares, como el agua, presentan enlaces intermoleculares más fuertes debido al enlace O H o N H, que se llama puente de hidrógeno. H 2 O enlaces por puentes de hidrógeno FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 24

13 6.3 Actividades 5. Analiza Indica si las siguientes moléculas son polares o apolares: a) N 2 b) IF c) H 2 d) HBr 6. La molécula de CO 2 es apolar, mientras que la de SCl 2 es polar. Qué puedes decir de la geometría de cada una de ellas? 7. Explica por qué, a temperatura ambiente, el F 2 yelcl 2 son gases, el Br 2 es un líquido volátil y el I 2 es un sólido que se sublima con facilidad. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Solubilidad de los compuestos iónicos Muchos compuestos iónicos se disuelven en agua gracias a los enlaces que se establecen entre la molécula de agua y los iones. Los disolventes con moléculas apolares como la gasolina o aceite, no pueden disolver compuestos iónicos. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 26

14 6.4 Solubilidad de las sustancias covalentes Agua y alcohol Aceite y gasolina Agua y aceite Se mezclan No se mezclan Cuando se mezclan sustancias de polaridad semejante, se forman mezclas homogéneas o disoluciones. Una sustancia polar no se disuelve en un disolvente apolar o viceversa. Para mezclar un líquido polar con un líquido apolar hace falta una tercera sustancia cuya molécula tenga una parte polar y otra apolar (jabón). FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Propiedades de las sustancias y enlace Estado físico A temperatura ambiente, todas las sustancias cristalinas son sólidas. Su punto de fusión depende de la fortaleza del enlace. Los sólidos covalentes y los iónicos tienen la temperatura de fusión más alta, y los metales, más baja. Las sustancias moleculares estarán en estado sólido, líquido o gas, dependiendo de la fortaleza de sus enlaces intermoleculares. En general tienen puntos de fusión y ebullición bajos. Dureza y fragilidad Las sustancias cristalinas son más duras y frágiles que las moleculares. Los cristales covalentes y los iónicos son más duros que los metálicos. Conductividad eléctrica Solo pueden conducir la electricidad las sustancias que tienen cargas que se pueden mover: Compuestos iónicos fundidos o en disolución y los metales. La sustancias covalentes, en general, son aislantes. Solubilidad Algunos compuestos iónicos se disuelven en disolventes polares. Las sustancias moleculares se disuelven en otras de polaridad semejante. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 28

15 5.4 Propiedades de las sustancias y enlace: ejercicio resuelto Relaciona cada sustancia con la propiedad más adecuada Oro CaCl 2 I 2 CHCl3 SiO 2 cloroformo A. Sólido que no se disuelve en ningún disolvente. B. Sólido que se disuelve en agua. C. Conductor eléctrico en estado sólido. D. Líquido volátil y oloroso. E. Sólido soluble en disolventes apolares. Oro. Es un elemento metálico. Sus átomos están unidos por enlace metálico. Por tanto, conduce la electricidad en estado sólido (C). CaCl 2. Unión de metal (Ca) con un no metal (Cl). Iónico, sólido y se disuelve en agua (B). I 2. Es apolar. Se disuelve en disolventes apolares (E). CHCl 2. Es un líquido volátil y oloroso y debe ser una sustancia molecular (D). SiO 2. Es un sólido cristalino covalente, no se disuelve en ningún disolvente (A). FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/ Actividades 8. Explica si es posible que la sal se disuelva en aceite. 9. En qué se disuelve mejor el yodo, en agua o en aceite? Explícalo. 10. De las sustancias que se relacionan en el ejercicio resuelto anterior, elige, razonadamente: a) Cuál es el sólido más duro y cuál es el sólido más blando? b) Qué sustancias pueden conducir la electricidad. c) Qué sustancias no conducen la electricidad en ninguna circunstancia. d) Qué sustancias tienen sus átomos unidos mediante enlaces covalentes. FYQ 4.º ESO: Tema 3. Enlace químico Curso 2016/17 30