TEMA 2. ENLACES QUIMICOS En la naturaleza los átomos que constituyen la materia se encuentran unidos formando moléculas o agrupaciones más complejas. A pesar de ello existen una serie de elementos que si se encuentran en forma de átomos libres en la naturaleza, estos son los que pertenecen al grupo de los gases nobles. Como sabéis los elementos que pertenecen a este grupo tienen completa su capa externa con 8 electrones por lo que tienen la estructura electrónica más estable posible. El resto de los elementos tienden a unirse para tener 8 electrones en su última capa, y obtener la mayor estabilidad posible. Los átomos se enlazan, formando moléculas y compuestos con el fin de adquirir conjuntamente configuraciones electrónicas estables. Un enlace químico lo podemos definir como la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en las distintas agrupaciones atómicas. 1. El enlace iónico Existen elementos que para completar su capa externa ganan o pierden electrones para enlazarse con otros átomos o al formar compuestos. Los compuestos iónicos son agrupaciones neutras de cationes y aniones que se mantienen unidos por la atracción entre iones de cargas opuestas. Esto ocurre cuando un elemento metálico se encuentra con un elemento no metálico: el primero cede electrones al segundo, así los dos adquieren cargas de signos opuestos y se atraen. Un buen ejemplo: el cloruro de sodio (NaCl) o la sal de mesa - El Na tiene un electrón en su última capa exterior que si lo pierde se quedaría con 8 electrones en su última capa y con carga positiva porque tendría un protón de más, ya que ha perdido un electrón. Recibe el nombre de catión. - El Cl tiene 7 electrones en su última capa exterior y adquiere el electrón del Na con lo que consigue 8 electrones y carga negativa, ya que tiene más electrones que protones y recibiendo el nombre de anión. - Al tener ambos electrones cargas opuestas, se atraen estableciendo el enlace iónico. La suma de las cargas opuestas hace que el compuesto en sí sea neutro. Propiedades de los compuestos iónicos 1. Son cristalinos a temperatura ambiente, ya que cada ión está rodeado por un ión de signo contrario. 2. Tienen elevados puntos de fusión y ebullición, ya que su red cristalina es muy estable. 3. Presenta gran dureza o resistencia a ser rayados, ya que supondría romper muchos enlaces.
4. La mayoría son solubles en agua. 5. Son malos conductores de la electricidad en estado sólido, ya que sus electrones no se pueden mover. 6. Son buenos conductores de la electricidad en estado fundido, ya que quedan los iones libres entre las moléculas de agua. 7. Son frágiles y quebradizos, son capaces de romperse en los planos entre las filas de los iones.
2. El enlace covalente. Los átomos que adquieren su estabilidad electrónica compartiendo con otros átomos están unidos mediante un enlace covalente. Este tipo de enlace se estable entre átomos no metálicos, los situados a la derecha de la tabla periódica. Ejemplos: - En el caso de la formación de las moléculas de dihidrógeno: los dos átomos de hidrógeno comparten un electrón cada uno obteniendo así una estructura estable similar a la del gas noble más próximo, el helio. - En el caso del dicloro, en la capa externa cada átomo tiene siete electrones en su última capa, cuando se acercan dos átomos de cloro y se unen sus capas se comparten dos electrones, uno de cada átomo. Así el átomo tiene ocho electrones en su última capa por lo ya ha obtenido su estabilidad. - En el caso del dioxígeno son 2 electrones por átomo los que se comparten - En el caso del dinitrógeno, se comparten 3 electrones por cada átomo Cuando los átomos comparten 1 electrón cada uno, se dice que en el enlace es simple Cuando los átomos comparten 2 electrones cada uno, se dice que en el enlace es doble Cuando los átomos comparten 3 electrones cada uno, se dice que en el enlace es triple También se pueden combinar diferentes elementos para formar un compuesto covalente. Por ejemplo, H y O se combinan, formando moléculas de agua: Hay dos tipos de compuestos formados con el enlace covalente: las moléculas y los cristales covalentes atómicos.
Propiedades de las moléculas 1. A temperatura ambiente, son frecuencia son gaseosos y con menor frecuencia líquidos. Son raros las moléculas halladas en estado sólido a temperatura ambiente 2. Sus puntos de fusión de ebullición y fusión son muy bajos. 3. Las moléculas son insolubles o muy pocos solubles en agua. 4. Rara vez son conductores de electricidad aunque existen casos, sobre todo si son solubles en agua. Cristales atómicos covalentes y sus propiedades Los enlaces covalentes en ciertas sustancias son capaces de formar redes tridimensionales de gran estabilidad. Un ejemplo de ello es el diamante que es uno de los materiales más duros de la naturaleza. El Carbono es uno de los elementos capaces de formar dichos enlaces formando dos materiales diferentes, entre otros: el diamante y el grafito. - El carbono tiene en su última capa 4 electrones, por lo que para obtener la estabilidad le faltan otros cuatros electrones y así obtienen la configuración similar a la del gas noble, el neón. - Cuando se forma el enlace solo un átomo de carbono completa su última capa quedando así los otros 4 átomos con electrones libres para formar nuevos enlaces y así formar una red cristalina. - En el caso del diamante los átomos de carbono se sitúan en una red tridimensional en todas las direcciones. - En el grafito los átomos de carbono se distribuyen en anillos de 6 miembros. Cada átomo esta unido a otros tres átomos quedando electrones libres los que permite al grafito ser conductor de electricidad. También se rompe fácilmente en ciertas direcciones. Existen muchos más sólidos covalentes atómicos, tanto los que están compuestos por el carbono (como el grafeno o el fullureno), como por otros no-metales (cuarzo, ametista...) En general 1. A temperatura ambiente, se hallan en estado sólido. Son compuestos muy duros 2. Sus temperaturas de fusión son muy altas 3. El Yodo, caso especial, forma un cristal covalente molecular. Está en forma de sólido blando, con un punto de ebullición y fusión bajo. 4. Los cristales covalentes atómicos de carbono son tan fuertes que se necesitan gran cantidad de energía para romper su estructura. 5. No son solubles en agua 6. No son conductores de electricidad, con excepción de algunos cristales covalentes atómicos de carbono. Esto se debe a la configuración geométrica de la estructura cristalina de dichos compuestos.
3. El enlace metálico. Una de las características que poseen los elementos metálicos es que hay entre 1 y 3 electrones en su capa externa, débilmente unidos a su núcleo y que pueden ser cedidos con cierta facilidad. Cuando se forma un enlace metálico las capas exteriores de los átomos se solapan quedando los electrones entremezclados y no asociados a ningún átomo en concreto. De esta forma los electrones son compartidos por los diferentes núcleos que forman el compuesto. Los núcleos, de carga positiva, se organizan en forma de red cristalina, mientras que los electrones compartidos se desplazan a su alrededor de manera aleatoria. Propiedades del enlace metálico. 1. Los metales son duros pero dúctiles ya que se pueden mover una capa de átomos sobre otra sin modificar demasiado la estructura cristalina. Por eso, se usan mucho en la industria: se pueden deformar y laminar fácilmente. 2. Como los electrones se pueden mover con facilidad, son buenos conductores de la electricidad. 3. También son buenos conductores del calor, ya que los átomos está muy cercanos entre sí. 4. Poseen brillo.