el enlace químico i.e.s. pablo gargallo departamento de física y química tema 13
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EL enlace químicoEL enlace químico
I.E.S. Pablo GargalloDepartamento de Física y Química
TEMA 13
¿Por qué se unen los ¿Por qué se unen los átomos?átomos?
Los átomos, moléculas e iones, se unen Los átomos, moléculas e iones, se unen entre sí porque al hacerlo se llega a una entre sí porque al hacerlo se llega a una situación de situación de mínima energíamínima energía, lo que , lo que equivale a decir de máxima estabilidad.equivale a decir de máxima estabilidad.
Son los electrones más externos, los Son los electrones más externos, los también llamados electrones de también llamados electrones de valencia los responsables de esta unión, valencia los responsables de esta unión, al igual que de la estequiometría y al igual que de la estequiometría y geometría de las sustancias químicas.geometría de las sustancias químicas.
Diagrama de energía Diagrama de energía frente a distancia frente a distancia
interatómicainteratómica
Tipos de enlacesTipos de enlaces Iónico.Iónico. Covalente.Covalente. Fuerzas intermoleculares:Fuerzas intermoleculares:
–Fuerzas de Van de WaalsFuerzas de Van de Waals–Enlaces de hidrógeno.Enlaces de hidrógeno.
Metálico.Metálico.
Teoría de Lewis sobre el enlace Teoría de Lewis sobre el enlace químicoquímico
A principios del siglo XX, el A principios del siglo XX, el científico científico Lewis, Lewis, observando la observando la poca reactividad de los gases poca reactividad de los gases nobles (8 electrones en su capa de nobles (8 electrones en su capa de valencia, estructura valencia, estructura n n ss22nn pp6, 6, salvo salvo el He 1el He 1ss22 ) s ) sugirió que ugirió que los átomos al los átomos al enlazarse “tienden” a adquirir una enlazarse “tienden” a adquirir una distribución de distribución de electrones de electrones de valenciavalencia igual a la del gas noble igual a la del gas noble más próximo. más próximo.
Teoría de Lewis sobre el enlace Teoría de Lewis sobre el enlace químicoquímico
Para conseguir la configuración Para conseguir la configuración electrónica de gas noble, los átomos electrónica de gas noble, los átomos perderán, capturarán o compartirán perderán, capturarán o compartirán electrones, hasta tener ocho electrones, hasta tener ocho electrones en su capa de valencia. electrones en su capa de valencia. A A esto se le llama esto se le llama REGLA DEL REGLA DEL OCTETOOCTETO
Así el comportamiento químico de los Así el comportamiento químico de los átomos viene determinado por la átomos viene determinado por la estructura electrónicaestructura electrónica de sude su capacapa de valencia.
Enlace químico y estructura de Enlace químico y estructura de LewisLewis
El enlace iónicoEl enlace iónico
METAL + NO METAL RED CRISTALINA IÓNICA METAL + NO METAL RED CRISTALINA IÓNICA
Capta electrones Ión negativo (anión)Capta electrones Ión negativo (anión)
Cede electrones Ión positivo (catión)Cede electrones Ión positivo (catión)
Iones positivos + Iones negativosIones positivos + Iones negativos Se atraen Se atraen eléctricamente por grandes fuerzas de naturaleza eléctricamente por grandes fuerzas de naturaleza
electrostática (Ley de Coulomb), formando una electrostática (Ley de Coulomb), formando una gran gran
cantidad de ellos una cantidad de ellos una RED CRISTALINA IÓNICA RED CRISTALINA IÓNICA
Se entiende por Se entiende por enlace iónicoenlace iónico la unión química resultante de la la unión química resultante de la fuerza de naturaleza electrostática que mantiene unidos a los fuerza de naturaleza electrostática que mantiene unidos a los iones en un compuesto iónico.iones en un compuesto iónico.
Se llama Se llama electrovalencia o valencia iónica electrovalencia o valencia iónica de un elemento al de un elemento al número de electrones que gana o pierde dicho elemento para número de electrones que gana o pierde dicho elemento para formar el enlace iónicoformar el enlace iónico
El enlace iónicoEl enlace iónicoEjemplo: Formación del Cloruro de magnesio MgClEjemplo: Formación del Cloruro de magnesio MgCl22
El enlace iónicoEl enlace iónicoEnergía reticular o energía de red:Energía reticular o energía de red:““Es la energía que se libera al formar el cristal, a partir de los iones Es la energía que se libera al formar el cristal, a partir de los iones
gaseosos, referida a un mol de sustancia”gaseosos, referida a un mol de sustancia”
La energía reticular es una medida de la intensidad del enlace La energía reticular es una medida de la intensidad del enlace iónico. Cuanto más pequeños son los iones y mayor sea su iónico. Cuanto más pequeños son los iones y mayor sea su carga, más se acercan y mayor es la fuerza de enlace entre ellos. carga, más se acercan y mayor es la fuerza de enlace entre ellos. En general los valores de la energía reticular son altos, por lo En general los valores de la energía reticular son altos, por lo que los compuestos son muy estables y se precisa mucha que los compuestos son muy estables y se precisa mucha energía para romper los enlaces.energía para romper los enlaces.
El enlace iónicoEl enlace iónico
Formación de redes cristalinasFormación de redes cristalinas Los iones al interaccionar no forman Los iones al interaccionar no forman
moléculas aisladas, sino redes cristalinas, moléculas aisladas, sino redes cristalinas, con la participación de una gran cantidad con la participación de una gran cantidad de iones de cada signo. Estos iones de iones de cada signo. Estos iones están unidos por fuertes fuerzas de están unidos por fuertes fuerzas de carácter electrostático (Coulomb). Los carácter electrostático (Coulomb). Los compuestos iónicos son neutros por lo compuestos iónicos son neutros por lo que la carga total que portan los iones que la carga total que portan los iones positivos (cationes) tiene que ser igual positivos (cationes) tiene que ser igual que la carga total que portan los iones que la carga total que portan los iones negativos (aniones).negativos (aniones).
El enlace iónicoEl enlace iónico Se llama Se llama “Índice de “Índice de
coordinación” coordinación” al número de al número de iones de un signo que rodean iones de un signo que rodean a cada ión de signo contrario.a cada ión de signo contrario.
El tipo de red depende del El tipo de red depende del tamaño relativo de los iones y tamaño relativo de los iones y de sus cargas. Siempre el de sus cargas. Siempre el ordenamiento es el más ordenamiento es el más compacto posible.compacto posible.
La fórmula de un compuesto La fórmula de un compuesto iónico es siempre empírica, iónico es siempre empírica, indica la proporción en que se indica la proporción en que se encuentran los cationes y encuentran los cationes y aniones en la red.aniones en la red.
El enlace iónicoEl enlace iónico
Estructura cristalina del NaCl expandida para mayor claridad. Cada Cl- se encuentra rodeado por 6 iones sodio y cada ión sodio está rodeado por 6 iones cloruros. El cristal incluye millones de iones en el patrón que se muestra.
El enlace iónicoEl enlace iónico
a) Halita b) Fluorita c) Silvinitaa) Halita b) Fluorita c) Silvinita
Propiedades de las sustancias Propiedades de las sustancias iónicasiónicas
Puntos de fusión y ebullición elevados (son sólidos a Puntos de fusión y ebullición elevados (son sólidos a temperatura ambiente).temperatura ambiente).
Son solubles en disolventes polares.Son solubles en disolventes polares. En estado sólido no conducen la corriente eléctrica. En estado sólido no conducen la corriente eléctrica.
Fundidos o disueltos si que la conducen, son Fundidos o disueltos si que la conducen, son conductores de segunda especie.conductores de segunda especie.
Son Son durosduros (elevada resistencia a ser rayados) y (elevada resistencia a ser rayados) y quebradizosquebradizos (se rompe con facilidad al someterlos a (se rompe con facilidad al someterlos a fuerzas moderadas.fuerzas moderadas.
Disolución de un cristal iónico en un Disolución de un cristal iónico en un
disolvente polardisolvente polar
Solubilidad de un cristal iónico
Fragilidad en un cristal Fragilidad en un cristal iónicoiónico
presión
El enlace covalenteEl enlace covalenteEl El enlace covalente enlace covalente consiste en la consiste en la
unión de átomos unión de átomos no metálicosno metálicos que que adquieren una configuración adquieren una configuración electrónica estable compartiendo electrónica estable compartiendo pares de electrones.pares de electrones.
Estos átomos tienen muchos Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo electrones en su nivel más externo ((electrones de valenciaelectrones de valencia) y tienen ) y tienen tendencia a ganar electrones, para tendencia a ganar electrones, para adquirir la estabilidad de la adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble.estructura electrónica de gas noble.
El enlace covalenteEl enlace covalente El enlace se forma al El enlace se forma al compartir un par compartir un par
de electronesde electrones entre los dos átomos, entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, al los dos átomos y los mantiene unidos, al ser atraídos por ambos núcleos. De esta ser atraídos por ambos núcleos. De esta manera ambos átomos adquieren la manera ambos átomos adquieren la estructura electrónica de gas noble. estructura electrónica de gas noble.
Se forman así habitualmente Se forman así habitualmente moléculasmoléculas: pequeños grupos de : pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.covalentes.
El enlace covalenteEl enlace covalente
En los enlaces covalentes sólo participan En los enlaces covalentes sólo participan los electrones de valencia.los electrones de valencia.
Ejemplo: elEjemplo: el FlúorFlúorConfiguración electrónica:Configuración electrónica:
Al unirse dos átomos de Flúor comparten Al unirse dos átomos de Flúor comparten un par de electrones: un par de electrones:
FF22
El enlace covalenteEl enlace covalente
Algunas moléculas con su estructura de Lewis:Algunas moléculas con su estructura de Lewis:
Enlaces covalentes Enlaces covalentes múltiplesmúltiples
Según número de electrones que participen en el enlace:
ENLACE SIMPLE: Se comparte un par de electrones. Ejemplo:
ENLACE DOBLE: Se comparten dos pares de electrones. Ejemplo:
ENLACE TRIPLE: Se comparten tres pares de electrones. Ejemplo:
CovalenciaCovalencia Se define la Se define la valencia valencia química como la química como la
capacidad de combinación que tiene un capacidad de combinación que tiene un átomo para enlazarse con otros.átomo para enlazarse con otros.
Se llama Se llama covalencia covalencia o valencia covalente de o valencia covalente de un átomo al número de electrones un átomo al número de electrones desapareados que tiene dicho átomo. desapareados que tiene dicho átomo. Coincide con el número de enlaces covalentes Coincide con el número de enlaces covalentes que forma.que forma.
Promoción electrónicaPromoción electrónica
Estructura de Lewis de especies Estructura de Lewis de especies covalentescovalentes
Para representar Para representar moléculas complejasmoléculas complejas o o iones iones poliatómicospoliatómicos se utilizan las siguientes reglas: se utilizan las siguientes reglas:
Enlace covalente coordinado o Enlace covalente coordinado o dativo dativo
Cuando el par de electrones Cuando el par de electrones compartidos pertenece sólo a compartidos pertenece sólo a unouno de de los átomos se presenta un los átomos se presenta un enlace enlace covalente coordinado o dativocovalente coordinado o dativo. .
El átomo que aporta el par de El átomo que aporta el par de electrones se llama electrones se llama donadordonador (siempre el menos electronegativo) y (siempre el menos electronegativo) y el que los recibe el que los recibe receptor o receptor o aceptor aceptor (siempre el más (siempre el más electronegativo)electronegativo)
Enlace de átomos de azufre (S) y oxígeno (O)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:˙ ˙
Enlace covalente coordinado o Enlace covalente coordinado o dativodativo
+
++
Polaridad del enlace Polaridad del enlace covalentecovalente
Enlace covalente Enlace covalente apolarapolar: se da entre : se da entre átomos de idéntica electronegatividad (Hátomos de idéntica electronegatividad (H22, , ClCl22, N, N22…). Los electrones compartidos …). Los electrones compartidos pertenencen por igual a los dos átomos.pertenencen por igual a los dos átomos.
Enlace covalente Enlace covalente polarpolar: se da entre : se da entre átomos de distinta electronegatividad (HCl, átomos de distinta electronegatividad (HCl, CO…). Los electrones compartidos están CO…). Los electrones compartidos están más desplazados hacia el átomo más más desplazados hacia el átomo más electronegativo. Aparecen zonas de mayor electronegativo. Aparecen zonas de mayor densidad de carga positiva (densidad de carga positiva (δδ+) y zonas de +) y zonas de mayor densidad de carga negativa (mayor densidad de carga negativa (δδ-), -), formándose dipolos eléctricos.formándose dipolos eléctricos.
Moléculas covalentes polares: Moléculas covalentes polares: el centro geométrico de el centro geométrico de δδ- no - no
coincide con el centro geométrico coincide con el centro geométrico de de δδ++
Moléculas covalentes apolares:Moléculas covalentes apolares: el centro geométrico de el centro geométrico de δδ- -
coincide con el centro geométrico coincide con el centro geométrico de de δδ++
En el COEn el CO22 existen enlaces covalentes polares existen enlaces covalentes polares y, sin embargo, la y, sin embargo, la molécula covalente no molécula covalente no es polares polar. Esto es debido a que la molécula . Esto es debido a que la molécula presenta una estructura lineal y se anulan los presenta una estructura lineal y se anulan los efectos de los dipolos de los enlaces C-O.efectos de los dipolos de los enlaces C-O.
Fuerzas intermolecularesFuerzas intermoleculares
Fuerzas de Van der Waals:
Fuerzas de dispersión (dipolo-dipolo inducido o de London)
Fuerzas dipolo-dipolo
Enlace de hidrógeno
Fuerzas de dispersión (dipolo-dipolo inducido o de London):
Están presentes en todas las moléculas, sean o no polares.
Se forman dipolos inducidos instantáneos producidos por las fluctuaciones a azar de las nubes electrónicas, siendo más fáciles de siendo más fáciles de formar cuanto más grande sea la molécula: formar cuanto más grande sea la molécula: las fuerzas de London aumentan con la masa las fuerzas de London aumentan con la masa molecular.molecular.
Fuerzas de dispersión (dipolo-dipolo inducido o de London):
Fuerzas dipolo-dipolo Se dan en el caso de moléculas polares, HCl, HSe dan en el caso de moléculas polares, HCl, H22O, O,
etc. Donde se forman dipolos permanentes.etc. Donde se forman dipolos permanentes.
El resultado es que los dipolos se orientan, dando El resultado es que los dipolos se orientan, dando lugar a agrupaciones de moléculas condensadas, lugar a agrupaciones de moléculas condensadas, permitiendo el estado líquido e incluso sólido.permitiendo el estado líquido e incluso sólido.
-+ + -
Enlace de hidrógeno
Enlace de hidrógeno
Enlace de hidrógeno en la molécula de Enlace de hidrógeno en la molécula de aguaagua
Enlace de hidrógeno
Enlace de hidrógenoEnlace de hidrógeno
Este tipo de enlace es el Este tipo de enlace es el responsable de la existencia del responsable de la existencia del agua en estado líquido y sólido.agua en estado líquido y sólido.
Estructura del hielo y del agua líquidaEstructura del hielo y del agua líquida
Tipos de sustancias covalentesTipos de sustancias covalentes Sustancias moleculares: Sustancias moleculares: • Forman moléculas discretas, moléculas Forman moléculas discretas, moléculas
individuales que conservan su estructura e individuales que conservan su estructura e identidad cuando están aisladas.identidad cuando están aisladas.
• Sus propiedades, en general, no dependen de la Sus propiedades, en general, no dependen de la fuerza del enlace en sí, sino de las fuerzas fuerza del enlace en sí, sino de las fuerzas intermoleculares.intermoleculares.
Propiedades:Propiedades: Puntos de fusión y ebullición bajos. Para Puntos de fusión y ebullición bajos. Para
compuestos covalentes similares aumentan con compuestos covalentes similares aumentan con la masa molecular.la masa molecular.
Los compuestos covalentes apolares son solubles Los compuestos covalentes apolares son solubles en disolventes apolares y los polares en en disolventes apolares y los polares en disolventes polares.disolventes polares.
En general malos conductores del calor y de la En general malos conductores del calor y de la electricidad. Conductividad parcial sólo en electricidad. Conductividad parcial sólo en compuestos polares.compuestos polares.
Compuestos covalentes Compuestos covalentes reticulares:reticulares:
• Forman redes cristalinas.Forman redes cristalinas.• Pueden considerarse como gigantescas Pueden considerarse como gigantescas
moléculas en la que todos los átomos están moléculas en la que todos los átomos están unidos entre sí mediante enlace covalente.unidos entre sí mediante enlace covalente.
• Ejemplos: Ejemplos: Diamante: su composición son átomos de Diamante: su composición son átomos de
carbono. Cada átomo se une a otros cuatro carbono. Cada átomo se une a otros cuatro átomos con disposición tetraédrica.átomos con disposición tetraédrica.
Grafito: compuesto también por átomos de Grafito: compuesto también por átomos de carbono, pero en disposición laminar.carbono, pero en disposición laminar.
Sílice (SiOSílice (SiO22), que forma minerales como el ), que forma minerales como el cuarzo, ágata, etc...cuarzo, ágata, etc...
Redes covalentesRedes 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
Compuestos covalentes Compuestos covalentes reticularesreticulares
Propiedades:Propiedades: Son sólidos muy duros de elevados Son sólidos muy duros de elevados
puntos de fusión y de ebullición.puntos de fusión y de ebullición.Son insolubles en los disolventes Son insolubles en los disolventes
más usuales.más usuales.No conducen la corriente eléctrica, No conducen la corriente eléctrica,
aunque algunos como el grafito aunque algunos como el grafito tienen electrones deslocalizados y tienen electrones deslocalizados y pueden ser conductores.pueden ser conductores.
El enlace metálicoEl enlace metálico Las sustancias metálicas están formadas Las sustancias metálicas están formadas
por átomos de un mismo elemento por átomos de un mismo elemento metálico (baja electronegatividad).metálico (baja electronegatividad).
Modelo del mar de electrones:Modelo del mar de electrones: Cada átomo de metal cede los electrones Cada átomo de metal cede los electrones
de valencia, convirtiéndose en un ión de valencia, convirtiéndose en un ión positivo o catión. Los iones se agrupan de positivo o catión. Los iones se agrupan de forma ordenada y compacta en una red forma ordenada y compacta en una red tridimensional.tridimensional.
El enlace metálicoEl enlace metálico Los electrones de valencia forman una Los electrones de valencia forman una
nube o mar de electrones:nube o mar de electrones: conjunto de conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no electrones libres, deslocalizados, que no pertenecen a ningún átomo en particular.pertenecen a ningún átomo en particular.
Los cationes se repelen entre sí, pero son Los cationes se repelen entre sí, pero son atraídos por el mar de electrones que hay atraídos por el mar de electrones que hay entre ellos. Se forma así una red metálica entre ellos. Se forma así una red metálica tridimensional de alto índice de tridimensional de alto índice de coordinación.coordinación.
Dos redes típicas de empaquetamiento Dos redes típicas de empaquetamiento metálico son la cúbica compacta y la metálico son la cúbica compacta y la hexagonal compacta. Cada átomo pude hexagonal compacta. Cada átomo pude rodearse de otros doce átomos, más que en rodearse de otros doce átomos, más que en las redes covalentes reticulares y en lo las redes covalentes reticulares y en lo sólidos iónicos.sólidos iónicos.
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 de los compuestos Propiedades de los compuestos metálicos.metálicos.
Son dúctiles y maleables. Si se distorsiona la Son dúctiles y maleables. Si se distorsiona la estructura, los electrones vuelven a estabilizarla estructura, los electrones vuelven a estabilizarla interponiéndose entre los cationes.interponiéndose entre los cationes.
Son buenos conductores eléctricos debido a la Son buenos conductores eléctricos debido a la deslocalización de los electrones. deslocalización de los electrones.
Conducen el calor debido a la compacidad de Conducen el calor debido a la compacidad de los átomos que hace que las vibraciones en los átomos que hace que las vibraciones en unos se transmitan con facilidad a los de al unos se transmitan con facilidad a los de al lado.lado.
Tienen, en general, altos Puntos de Fusión y de Tienen, en general, altos Puntos de Fusión y de Ebullición. Dependiendo de la estructura de la Ebullición. Dependiendo de la estructura de la red. La mayoría son sólidos.red. La mayoría son sólidos.
Tienen un brillo característico, brillo metálico. Tienen un brillo característico, brillo metálico. En general son densos.En general son densos.