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Departamento de Física y Química.Ies Dr. Rodríguez Delgado. Ronda
Nivel 1º Bachillerato
Planteamiento del problema
1. La mina de un lápiz se compone de grafito y arcilla. El grafito es una sustancia simple formada por átomos de carbono. Existe otra sustancia simple formada también por átomos de carbono llamada diamante.
¿Cuál es la causa de que ambas sustancias tengan propiedades tan distintas y sin embargo estén formadas por el mismo tipo de átomo?
…
Planteamiento del problema
2. ¿Por qué los átomos se unen en unas proporciones determinadas y no en otras? ¿Por qué NaCl y no Na2Cl?
3. ¿Por qué la molécula de CO2 es lineal y la del H2O es angular?
4. ¿Qué es lo que determina las propiedades de una sustancia: solubilidad, conductividad eléctrica, estado de agregación a temperatura ambiente…?
El estudio de las propiedades de las sustancias permite establecer tres grandes grupos para clasificar la enorme diversidad de sustancias:
Sustancia Electrólito No electrólito Metálica
T fusión
T ebullición↑ ↓↓* ↑*
Solubilidad en
agua
otro disolvente
↑
↓↓
↓↓
↑
↓↓
↓
Conductividad
eléctrica
(sólido) ↓↓
(líquido) ↑
↓↓
↓↓
↑
↑
Las propiedades características de las sustancias están relacionadas con la forma en que están unidas sus partículas y las fuerzas entre ellas, es decir, con el tipo de ENLACE que existe entre sus partículas.
Una primera aproximación para interpretar el enlace
A principios del siglo XX, el científico Lewis, observando la poca reactividad de los gases nobles (estructura de 8 electrones en su último nivel),sugirió que los átomos al enlazarse “tienden” a adquirir una distribución de electrones de valenciaigual a la del gas noble más próximo
REGLA DEL OCTETO
Clasificación de los elementosde acuerdo con la regla del octeto Metales: baja electronegatividad, baja energía
de ionización. Tienden a soltar electrones.
No metales: alta electronegatividad. Tienden a
coger electrones
Según el tipo de átomos que se unen:
Metal – No metal: uno cede y otro coge
electrones (cationes y aniones)
No metal – No metal: ambos cogen electrones,
comparten electrones
Metal – Metal: ambos ceden electrones
Algunos ejemplos…
“Molécula” de NaCl
“Diagramas de Lewis”
“Molécula” de MgF2
Moléculas de H2 y O2
Moléculas de N2 y CO2
Tipos de enlace
Iónico
Metálico
Covalente
Enlace iónico
El compuesto iónico se forma al reaccionar un metal con un no metal.
Los átomos del metal pierden electrones (se forma un catión) y los acepta el no metal (se forma un anión).
Los iones de distinta carga se atraen eléctricamente, se ordenan y forman una red iónica. Los compuestos iónicos no están formados por moléculas.
Enlace iónico entre Cl y Na: formación del ión Cl- y Na+
Redes iónicas
NaCl CsCl
Propiedades compuestos iónicos
Elevados puntos de fusión y ebullición
Solubles en agua
No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí en estado disuelto o fundido (Reacción química: electrolisis)
Al intentar deformarlos se rompe el cristal (fragilidad)
Disolución y electrolisis del CuCl2
Disociación: CuCl2 → Cu+2 + 2 Cl-
Reacción anódica: 2 Cl- → Cl2 + 2e-
Reacción catódica: Cu+2 + 2e- → Cu
Enlace metálico
Las sustancias metálicas están formadas por átomos de un mismo elemento metálico (baja electronegatividad).
Los átomos del elemento metálico pierden algunos electrones, formándose un catión o “resto metálico”.
Se forma al mismo tiempo una nube o mar de electrones:conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no pertenecen a ningún átomo en particular.
Los cationes se repelen entre sí, pero son atraídos por el mar de electrones que hay entre ellos. Se forma así una red metálica: las sustancias metálicas tampoco están formadas por moléculas.
El modelo del mar de electrones representa al
metal como un conjunto de cationes ocupando
las posiciones fijas de la red, y los electrones
libres moviéndose con facilidad, sin estar
confinados a ningún catión específico
Fe
Propiedades sustancias metálicas
Elevados puntos de fusión y ebullición
Insolubles en agua
Conducen la electricidad incluso en estado sólido (sólo se calientan: cambio físico). La conductividad es mayor a bajas temperaturas.
Pueden deformarse sin romperse
ENLACE COVALENTE
Los compuestos covalentes se originan por la compartición de electronesentre átomos no metálicos.
Electrones muy localizados.
Diferentes tipos de enlace covalente
Enlace covalente normal:
Simple
Múltiple: doble o triple
Polaridad del enlace:
Apolar
Polar
Enlace covalente dativo o coordinado
Enlace covalente normal
Si se comparten un par de e-: enlace covalente simple
Si se comparten dos pares de e- : enlace covalente doble
Si se comparten tres pares de e-: enlace covalente triple
Polaridad del enlace covalente
Enlace covalente apolar: entre átomos de idéntica electronegatividad (H2, Cl2, N2…). Los electrones compartidos pertenencen por igual a los dos átomos.
Enlace covalente polar: entre átomos de distinta electronegatividad (HCl, CO…). Los electrones compartidos están más desplazados hacia el átomo más electronegativo. Aparecen zonas de mayor densidad de carga positiva (δ+) y zonas de mayor densidad de carga negativa (δ-)
Enlace covalente dativo o coordinado
Cuando el par de electrones compartidos pertenece sólo a uno de los átomos se presenta un enlace covalente coordinado o dativo.
El átomo que aporta el par de electrones se llama donador (siempre el menos electronegativo) y el que los recibe receptor o aceptor (siempre el más electronegativo)
Enlace de átomos de azufre (S) y oxígeno (O)
Molécula de SO: enlace covalente doble
Molécula de SO2: enlace covalente
doble y un enlace covalente
coordinado o dativo
:S ═ O:˙ ˙˙ ˙
˙ ˙S ═ O:
˙ ˙:O ←˙ ˙
˙ ˙
Molécula de SO3: enlace covalente doble
y dos enlaces covalentes coordinado o
dativo
S ═ O:˙ ˙
:O ←˙ ˙
˙ ˙
↓
:O:˙ ˙
¿Existen moléculas, o se trata de estructuras gigantes?
Redes covalentes
Moléculas covalentes (pequeñas -macromoléculas)
Redes covalentes
Diamante: tetraedros
de átomos de carbono
La unión entre átomos que comparten
electrones es muy difícil de romper. Los
electrones compartidos están muy localizados.
Grafito: láminas de
átomos de carbono
Moléculas covalentes
Si el enlace es apolar: moléculas apolares (H2, O2, F2…)
Si el enlace es polar:
Moléculas polares (HCl, H2O...) (dipolos permanentes)
Moléculas apolares (CO2) (simetría espacial)
Moléculas covalentes polares: el centro geométrico de δ- no coincide con el centro geométrico de δ+
Moléculas covalentes apolares:el centro geométrico de δ- coincide con el centro geométrico de δ+
En el CO2 existen enlaces covalentes polares y, sin
embargo, la molécula covalente no es polar. Esto
es debido a que la molécula presenta una
estructura lineal y se anulan los efectos de los
dipolos de los enlaces C-O.
O ─ C ─ Oδ+δ- δ-
Propiedades compuestos covalentes (moleculares)
No conducen la electricidad
Solubles: moléculas apolares – apolares
Insolubles: moléculas polares - polares
Bajos puntos de fusión y ebullición…
¿Fuerzas intermoleculares?
Fuerza intermoleculares o fuerzas de Van der Waals
Fuerzas entre dipolos permanentes
Fuerzas de enlace de hidrógeno
Fuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas de London)
Fuerzas entre moléculas polares(dipolos permanentes)HCl, HBr, HI…
-+ + -
Enlace de hidrógeno :Cuando el átomo de
hidrógeno está unido a átomos muy electronegativos (F, O, N), queda prácticamente convertido en un protón. Al ser muy pequeño, ese átomo de hidrógeno “desnudo” atrae fuertemente (corta distancia) a la zona de carga negativa de otras moléculas
HF
H2O
NH3
Enlace de hidrógeno en la molécula de agua
Enlace de hidrógeno
Este tipo de enlace es el responsable de
la existencia del agua en estado líquido y
sólido.
Estructura del hielo y del agua líquida
Enlaces de hidrógeno en el ADN
Apilamiento de las bases.
May 08, 2002 lecture 2/ MBB 222 02-2 4
Non-covalent Bonds
Much weaker than covalent bonds
- these bonds break and reform at
Room Temperature (RT)
‘Transient Bonds’
- however, cumulatively they are very
effective e.g. helix for proteins and
double helix for DNA
Enlaces de
hidrógeno
Interior
hidrófobo
Esqueleto
desoxiribosa
-
fosfatoEnlaces de
hidrógeno
Exterior
hidrófil
o
A: adeninaG: guaninaC: citosinaT: timina
Bases nitrogenada
s
Repulsión
electrostática
Fuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas de London)
Los dipolos inducidos se deben a las fluctuaciones de los electrones de una zona a otra de la molécula, siendo
más fáciles de formar cuanto más grande sea la molécula: las fuerzas de London aumentan con la
masa molecular.