capitulo 2 parte4.2
TRANSCRIPT
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Propiedades de los materiales con enlaces metálicos, como los metales:
Buenos conductores de calor y electricidad.
Son elásticos, por que los enlaces entre átomos son fuertes.
Son maleables. Es decir se pueden hacer láminas muy delgadas.
Tiene buena ductibilidad La ductibilidad es la capacidad queTiene buena ductibilidad. La ductibilidad es la capacidad quetienen los materiales de ser estirados sin romperse o formar hilos.
Son tenaces es decir es difícil de ser fracturados.
Son muy blandos, se rayan con facilidad.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Aplicaciones de enlaces metálicos:En medicina para empastes para dientes.
p
En medicina para empastes para dientes.
Industria automotriz en pinturas para recubrir piezas metálicas y evitar oxidación.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Industria mecánica, recubrimientos de aceros para alta dureza.
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Covalente
La configuración de electrones estables se alcanza mediante la búsqueda de electrones entre átomos adyacentes.
Dos átomos que tienen enlace covalente, forman el enlace mediante la contribución de l
qun electrón por átomo.
La búsqueda de electrones para formar el enlace pueden considerarse como si pertenecieran al átomo.
Molécula del CHmetano CH4.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Covalente
El número de enlaces covalentes posibles para un átomo en particular esdeterminado por el número de electrones de valencia.
’ l d l á d á ’Para N’ electrones de valencia, un átomo puede tener como máximo 8‐N’enlaces covalentes
Ejemplo el Cl tiene N’ 7 y 8 N’ 1 lo que significa que el átomo deEjemplo el Cl tiene N = 7 y 8 – N = 1, lo que significa que el átomo decloro solo puede enlazar a otro átomo.
Al l t ti l l t l ili i iAlgunos elementos que tienen enlaces covalentes son el silicio, germanio,carbono, diamante etc.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Covalente
Los enlaces covalentes pueden ser muy fuertes, como en eldiamante, tienen una temperatura elevada para fundir elmaterial, >3550 °C o ser muy débil como sucede con elbismuto, el cual se funde a 270 °C.
Los materiales polímeros se caracterizan por tener esteenlace. La estructura molecular básica a lo largo de la cadenade átomos de carbono.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicosp
Enlace CovalenteL i l l l i l lLos materiales con enlace covalente se caracterizan por que los enlaces seforman compartiendo los electrones de valencia entre dos o mas átomos.
Por ejemplo un átomo de silicio que tiene valencia 4 llena su capa externa conj p q 4 p8 electrones compartiendo los propios con otros 4 electrones de otros átomosde silicio. ‐
‐
+
‐ ‐‐ ‐
‐ ‐Enlace covalente
+ ‐‐
‐
++ +
‐‐‐
‐ ‐‐ ‐
‐‐
‐
Át d ili i+ ‐
‐
‐Átomo de silicio
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Cada uno de los casos en que se comparten electrones representa un
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
q p penlace covalente por lo que cada átomo de silicio esta enlazado a cuatroátomos vecinos por cuatro enlaces covalentes.
Para que se formen los enlaces covalentes los átomos de silicio debende estar orientados, es decir, que los enlaces tengan una relacióndireccional específica entre sí.p
Se forma una relación direccional cuando los enlaces entre los átomosde un material con enlace covalente forman ángulos específicos, quede un material con enlace covalente forman ángulos específicos, quedependen del material.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Los enlaces covalentes son direccionales.
p
En el caso del silicio este ángulo produce un tetraedro con ángulos de 109.5° entre los enlaces covalentes.
cDr. Jesús Moreno Moreno
Ti d E l Ató i2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Los enlaces covalentes son direccionales. Los enlaces covalentes son direccionales.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
En algunos de estos materiales como el silicio se pueden obtenervalores controlados de conductividad eléctrica introduciendo en forma
p
deliberada concentraciones de otros elementos llamados dopantes.
Si
‐ ‐‐ ‐
‐ ‐Si‐ ‐
‐
electrón extra
SiSi Si
‐ ‐‐
‐ ‐‐ ‐
‐
‐
‐ SiSi P
‐ ‐‐
‐ ‐‐ ‐
‐
‐
‐
Si
‐‐‐ ‐
‐‐ Si
‐‐‐ ‐
‐‐
‐ ‐Silicio: Valencia 4 Fosforo: Valencia 5
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Ejemplo: Suponiendo que el óxido de silicio tiene un enlace 100%covalente describa como están unidos los átomos de oxígeno ycovalente, describa como están unidos los átomos de oxígeno ysilicio que lo forman.
Solución:Solución:
El silicio tiene valencia 4 y comparte 4 electrones con 4 átomos deoxígeno, lo que da un total de 8 electrones por cada átomo de silicio.g q p
El oxígeno tiene valencia 6 y comparte 2 electrones con 2 átomos desilicio para que el oxígeno tenga un total de 8 electronesT bié d éd i l d l ili iTambién se produce una estructura tetraédrica como la del silicio.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Estructura del óxido de silicio (SiO2).
O‐‐
‐Estructura tetraédrica SiO2Silicio: Valencia 4
OO Si
‐ ‐‐
‐ ‐‐ ‐
‐‐ ‐
‐ ‐
Si
‐‐ ‐‐O
O
S
‐‐‐‐ ‐
‐‐‐
‐ ‐
Si
‐
‐
O
‐‐‐
Oxigeno: Valencia 6g
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Ejercicio de participación:
Suponiendo que el cloro y el silicio tiene un enlace100% covalente, describa como están unidos losátomos de silicio (número atómico 14) y losátomos de silicio (número atómico 14) y losátomos de cloro (número atómico 17) que loforman.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Propiedades de los materiales con enlaces covalentes:
Los enlaces covalentes son los enlaces más fuertes, en consecuencia los materiales con enlaces covalentes son muy duros.
Por ejemplo el diamante (C) el carburo de silicio (SiC) el nitruro de Por ejemplo el diamante (C), el carburo de silicio (SiC), el nitruro de silicio (Si3N4) y nitruro de boro (BN) tienen enlace covalente.
Estos materiales tienen puntos de fusión muy altos, lo que significa que p y , q g qpueden ser muy útiles en aplicaciones de alta temperatura.
Los materiales con este tipo de enlace tienen ductibilidad reducida a causa de la direccionalidad de los enlacescausa de la direccionalidad de los enlaces.
La conductividad eléctrica de estos materiales no es alta, por lo que los electrones de valencia están fijos en los enlaces entre átomos y no están j ydisponibles para la conducción.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicosp
Enlace IónicoCuando en un material existe más de una clase de átomos, unos puedendonar sus electrones de valencia a otros distintos para llenar la capaexterna de energía de la segunda clase de átomos.
Los dos átomos tienen llenos o vacíos sus niveles externos de energía,pero los dos han adquirido una carga eléctrica y se comportan comoionesiones.
El átomo que aporta electrones se queda con una carga positiva neta yse llama catión.se llama catión.
El átomo que acepta electrones se queda con una carga negativa neta yse llama anión.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Entonces los iones con carga opuesta son atraídos entre sí y producen el enlace iónico.e ace ó co.
Por ejemplo, la atracción entre los iones de cloro y de sodio producen el cloruro de sodio (NaCl).
Na (No At 11): Cl (No. At. 17):Na (No. At. 11):1s22s22p63s1
( 7)1s22s22p63s23p5
Valencia 1 Valencia 7
‐ ‐
‐
‐‐
‐
‐‐ ‐
‐‐
‐
‐‐ ‐ ‐
Na
‐‐ ‐
‐Cl
‐‐ ‐
‐
‐‐
‐ ‐‐‐
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicosp
Cuando el sodio cede su electrón de valencia al cloro, ambos se transforman en iones , se desarrolla una atracción y se forma un enlace iónico.
‐Ion Na+ Ion Cl‐
iones , se desarrolla una atracción y se forma un enlace iónico.
‐‐
‐‐
‐‐
‐‐ ‐ ‐‐
Na
‐‐
‐‐Cl
‐‐
‐‐
‐
‐
‐
‐
‐‐
‐
‐
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicosp
Compuesto Iónico
Los sólidos iónicos están formados por iones unidos por fuerzas eléctricas intensas (enlaces iónicos) entre iones contiguos con cargas opuestas (cationes y aniones).
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Las fuerzas atractivas de enlace son coulombicas, por los iones positivos ti i t d lé t i t t t b
p
y negativos, en virtud a su carga eléctrica neta, se atraen entre ambos.
Para los dos iones la energía atractiva es EA.
Donde la constante A esta dada por.
Donde ε0 es la permitividad del vació, Z1 y Z2 son las valencias de los dos l l d l l ó elementos y e es la carga del electrón .
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicosp
Ejemplo: Describa el enlace iónico entre el magnesio (número atómico 12) y el cloro (número atómico 17).12) y el cloro (número atómico 17).
Solución:L t t l t ó i l l i Las estructuras electrónicas y las valencias son: Mg: 1s22s22p6 3s2 Valencia=2Cl: 1s22s22p63s2 3p5 Valencia=7
Cada átomo de magnesio cede sus 2 electrones de valencia y se transforma en un ión Mg2+ .gCada átomo de cloro acepta un electrón y se transforma en un ión Cl‐.Para satisfacer el enlazamiento iónico debe haber doble cantidad de iones cloro que de iones de magnesio. Y se forma el compuesto MgCl2.iones cloro que de iones de magnesio. Y se forma el compuesto MgCl2.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Dado el carácter de no direccional, cada Ion tiende a rodearse del máximo número de otros iones de signo contrario.
¿De cuantos aniones puede rodearse un catión?
O dicho de otro modo...Número de coordinación: numero de iones que rodean a otro de Número de coordinación: numero de iones que rodean a otro de signo contrario
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
El número de coordinación depende de los tamaños relativos de los piones coordinados.
El tamaño relativo se expresa como la relación de radios entre el radio del Catión y el radio del Anión expresado en Angstrom.radio del Catión y el radio del Anión expresado en Angstrom.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Ejemplo: ClNaRCl = 1.81 A.RNa = 0.99 A.RNa/RCl = 0 54RNa/RCl = 0.54
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Propiedades de los materiales con enlaces iónicos:
L l ió i f ilid d l t b t di l
p
Los enlaces iónicos se rompe con facilidad, generalmente basta disolver la sustancia.
Como ejemplo el NaCl que se disuelve en agua.j p q g
En una solución, los compuestos iónicos fácilmente conducen electricidad.
Los compuestos iónicos tienden a formar sólidos cristalinos con temperaturas muy altas.
L d i id d lé i b j d bid l i La conductividad eléctrica es muy baja, debido que los iones no se mueven con tanta facilidad como los electrones.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Aplicaciones de los materiales con enlaces iónicos:
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Se utilizan en baterías, como las baterías de iones de litio, donde se usan óxido de litio y cobalto.y
Recubrimientos conductores de óxido de indio y estaño para el vidrio en las pantallas sensibles al tacto.en las pantallas sensibles al tacto.
Celdas de combustible sólidas de óxido, basadas en circonia (ZrO2).
cDr. Jesús Moreno Moreno
d l2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Iónico y Enlace Covalente
47cDr. Jesús Moreno Moreno
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace de van derWaals
El enlace van derWaals es un enlace secundario y es físicamente débild l l i i ( áli l ió i )comparado con los enlaces primarios (metálico, covalente e iónico).
Los enlaces secundarios existen virtualmente en todas las moléculas,pero su presencia puede ser opacada por alguno de los enlacesprimarios.
Los enlaces secundarios se encuentran en los gases nobles, los cuales tienen estructuras de electrones estables y en moléculas formadas por enlaces covalentes.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace de van derWaalsSi dos cargas eléctricas +q y q están separadas una distancia d se Si dos cargas eléctricas +q y –q están separadas una distancia d, se forma un dipolo.
Un dipolo puede ser creado o inducido en un átomo o molécula que p p qtiene simetría eléctricamente.
Cuando un átomo neutro esta expuesto a un campo eléctrico interno o externo se polariza, es decir se separan los centros de carga positiva y negativa. Esto crea o induce un momento dipolar.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
En algunas moléculas no es necesario inducir el momento dipolar ya que éste existe debido a sus enlaces internos, a estas moléculas se les ll lé l lllama moléculas polares.
Los átomos o moléculas que tienen un momento dipolar inducido o permanente se atraen entre sí.permanente se atraen entre sí.
Las fuerzas de atracción se llaman fuerzas de van derWaals.
L f d d W l t át lé l d b Las fuerzas de van derWaals entre átomos y moléculas se deben a interacciones entre los dipolos inducidos o permanentes.
Este tipo de fuerzas existen en todos los materiales.ste t po de ue as e ste e todos os ate a es.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicosp
Ejemplo de un dipolo inducido y de una molécula polar.
Dipolo InducidoMolécula Polar.
cDr. Jesús Moreno Moreno
i d l ó i2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
El cloruro de hidrógeno es un compuesto químico deEl cloruro de hidrógeno es un compuesto químico defórmula HCl, formado por un átomo de cloro unido auno de hidrógeno. A condiciones normales de presióny temperatura es un gas más denso que el aire. Es uncompuesto tóxico, corrosivo, de olor picante ysofocantesofocante.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicosp
Hay 3 clases de interacciones de van derWaals:
Fuerzas de London: Son interacciones entre dipolos inducidos en átomos o moléculas como ejemplo está el tetracloruro de moléculas, como ejemplo está el tetracloruro de carbono.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Interacción de Debye: Es cuando un átomo o molécula con dipolo inducido Es cuando un átomo o molécula con dipolo inducido interacciona con otra molécula que tiene un dipolo permanente.
Un ejemplo de éste tipo son las fuerzas entre moléculas de agua y moléculas de tetracloruro de carbono. g y
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Interacciones de KeesomSi las interacciones son entre moléculas polares permanentes.
Un ejemplo son las moléculas de agua que se atraen entre sí.
En las moléculas de agua los electrones del oxígeno tienden aconcentrarse en un lugar alejado del hidrógeno. La diferencia decarga que resulta permite que la molécula se una débilmente concarga que resulta permite que la molécula se una débilmente conotras moléculas de agua.
cDr. Jesús Moreno Moreno
Ti d E l A ó i2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Los enlaces de van der Waals son enlaces secundarios , pero losátomos dentro de la molécula o del grupo de átomos están unidospor fuertes enlaces covalentes o iónicos.por fuertes enlaces covalentes o iónicos.
Por ejemplo al calentar el agua hasta su punto de ebullición serompen los enlaces de van der Waals y el agua se transforma enrompen los enlaces de van der Waals y el agua se transforma envapor.
P it t t h lPero se necesitan temperaturas mucho mayores para romper losenlaces que unen los átomos de oxigeno e hidrógeno.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
EnlaceMixto
En la mayoría de los materiales, el enlace entre los átomos es una mezclade dos o más tipos de enlaces.
Por ejemplo el hierro está enlazado con una combinación de enlacesPor ejemplo el hierro está enlazado con una combinación de enlacesmetálico y covalente.
Los compuestos formados por 2 o más metales (compuestosLos compuestos formados por 2 o más metales (compuestosintermetálicos) se pueden unir con una mezcla de enlaces metálicos yiónicos, en especial cuando hay una diferencia de electronegatividadesde los elementos.
Por ejemplo el Li tiene una electronegatividad de 1.0 y en el Al es de 1.5,así el Al Li tiene una combinación de enlace metálico e iónico.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 4 Clasificación de Materiales
Las propiedades físicas de los materiales, tales como la temperatura
2.4 Clasificación de Materiales
de fusión, la conductividad eléctrica, resistencia, dureza, etc.,depende de las características de las fuerzas de enlace.
Los sólidos iónicos, como las sales, son duros y a la vez frágiles, conpuntos de fusión altos. Aunque son malos conductores de laelectricidad.
Las características del enlace metálico con una nube de electronesexternos compartidos hace que los materiales metálicos sean buenosconductores de electricidad y de calor, dúctiles y maleables, aunquey , y , qcon elevados puntos de fusión.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 4 Clasificación de Materiales
Los cerámicos están formados por una red tridimensional de enlacesl d l i d d l l d
2.4 Clasificación de Materiales
covalentes que dan lugar a propiedades tales como elevados puntosde fusión, baja conductividad y dureza extraordinaria. El diamanteque es carbono puro cristalizado, constituye un ejemplo de este tipode sólidos.
Los polímeros formados por moléculas que contienen átomos de C,H, Cl, F, etc., son blandos como corresponde a la debilidad de lasfuerzas de interacciones entre ellas (fuerzas de van der Waals).Presentan un punto de fusión de bajo y su conductividad eléctrica esextremadamente baja como corresponde a la ausencia de cargaslibres)libres).
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.3 Energía de Enlace
Los materiales que tienen una energía de enlace grande también tienen una resistencia y una temperatura de fusión altas.
3 g
Los materiales con enlace iónico tiene una energía de enlaceespecialmente grande por la gran diferencia en electronegatividades delos iones.
Los metales tienen menores energías de enlace, porque laselectronegatividades de los átomos son semejantes.
cDr. Jesús Moreno Moreno
2 4 Clasificación de Materiales2.4 Clasificación de Materiales
cDr. Jesús Moreno Moreno
2.4 Clasificación de Materiales
1eV 1 602176462 × 10‐19 J
cDr. Jesús Moreno Moreno
1eV = 1.602176462 × 10 19 J