El enlace químico.

Enlace iónico

Introducción al enlace metálico

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Planteamiento del problema

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?

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Planteamiento del problema

¿Por qué los átomos se unen en unas proporciones determinadas y no en otras? ¿Por qué el cloruro de sodio es NaCl y no Na2Cl?

¿Por qué la molécula de CO2 es lineal y la del H2O es angular?

¿Qué es lo que determina las propiedades de una sustancia: solubilidad, conductividad eléctrica, estado de agregación a temperatura ambiente…?

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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 valencia igual a la del gas noble más próximo

REGLA DEL OCTETO

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Clasificación de los elementos de acuerdo con la regla del octeto

■ Metales: baja electronegatividad, baja energía de ionización. Tienden a perder electrones.

■ No metales: alta electronegatividad. Tienden a ganar electrones

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Según el tipo de átomos que se unen:

■ Metal – No metal: uno cede y otro gana electrones (cationes y aniones)

■ No metal – No metal: ambos comparten electrones

■ Metal – Metal: ambos ceden electrones

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Enlace químico■ Son las fuerzas que mantienen unidos a los

átomos entre sí para formar moléculas o iones.

■ Son de tipo eléctrico.

■ Al formarse un enlace se desprende energía.

■ La distancia a la que se colocan los átomos es a la que se desprende mayor energía produciéndose la máxima estabilidad.

■ Los átomos se unen pues, porque así tienen una menor energía y mayor estabilidad que estando separados.

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Diagrama de energía en la formación de una molécula de H2

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Estabilidad en un átomo.

■ Generalmente, los átomos buscan su máxima estabilidad adoptando una configuración electrónica similar a la que tienen los gases nobles (1 s2 o n s2p6).

■ El comportamiento químico de los átomos viene determinado por la estructura electrónica de su última capa (capa de valencia).

■ Para conseguir la configuración electrónica de gas noble, los átomos perderán, ganarán o compartirán electrones (regla del octeto).

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Tipos de enlaces

■ Iónico: unen iones entre sí.

■ Atómicos: unen átomos neutros entre sí.• Covalente

• Metálico

■ Intermolecular: unen unas moléculas a otras.

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Enlace iónico

■ Se da entre metales y no-metales.

■ Los metales tienen, en general, pocos electrones en su capa de valencia y tienden a perderlos para quedar con la capa anterior completa (estructura de gas noble) convirtiéndose en cationes.

■ Los no-metales tienen casi completa su capa de valencia y tienden a capturar los electrones que les faltan convirtiéndose en aniones y conseguir asimismo la estructura de gas noble.

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Reacciones de ionización■ Los metales se ionizan perdiendo electrones:

M – n e– → Mn+

■ Los no-metales se ionizan ganando electrones:

N + n e– → Nn–

■ Ejemplos:Ejemplos:

■ Metales: Na – 1 e– → Na+

Ca – 2 e– → Ca2+

Fe – 3 e– → Fe3+

■ No-metales: Cl + 1 e– → Cl– O + 2 e– → O2–

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Ejemplo:Ejemplo: Escribir las reacciones de ionización y deducir la fórmula del compuesto iónico formado por oxígeno y aluminio.

■ Las reacciones de ionización serán:

■ (1) Al – 3 e– → Al3+

(2) O + 2 e– → O2–

■ Como el número de electrones no coincide, para hacerlos coincidir se multiplica la reacción (1) ·2 y la (2) · 3.

■ 2 ·(1) 2 Al – 6 e– → 2 Al3+

3 ·(2) 3 O + 6 e– → 3 O2–

■ Sumando: 2 Al + 3 O → 2 Al3++ 3 O2–

■ La fórmula empírica será AlAl22OO33

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Estructura de compuestos iónicos

■ Se forma una estructura cristalina tridimensional en donde todos los enlaces son igualmente fuertes.

NaCl CsCl

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Propiedades de los compuestos iónicos

■ Duros.

■ Punto de fusión y ebullición altos.

■ Sólo solubles en disolventes polares.

■ Conductores en estado disuelto o fundido.

■ Frágiles.

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Solubilidad de iones en

disolventes polares

Fragilidad

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Energía de red (reticular) en los compuestos iónicos (∆Hret o U)

■ Es la energía desprendida en la formación de un compuesto iónico sólido a partir de sus iones en estado gaseoso.

■ Ejemplo: En el caso de la formación de NaCl la Er

corresponde a la reacción:

■ Na+ (g) + Cl– (g) → NaCl (s) (∆Hret < 0)

■ Es difícil de calcular por lo que se recurre a métodos indirectos aplicando la ley de Hess. Es lo que se conoce como ciclo de Born y Haber.

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Ciclo de Born-Haber del LiF

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Ciclo de Born y Haber■ La reacción global de formación de NaCl es:

LiNa (s) + ½ F2 (g) → LiF (s) (∆Hf= -594,1 kJ)

que puede considerarse suma de las siguientes reacciones:

Li (s) → Li (g) (∆Hsubl = +155,2 kJ)

½ F2 (g) → F (g) (½ ∆Hdis= +75,3 kJ)

F (g) → F– (g) (AHAE = –333 kJ)

Li (g) → Li+ (g) (AHEI = +520 kJ)

Li+ (g) + F– (g) → LiF (s) (∆Hret = ?)

■ ∆Hret = ∆Hf – (∆Hsubl + ½ ∆Hdis + ∆HAE + ∆HEI)

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Ciclo de Born y HaberLa reacción global de formación de NaCl es:

Na (s) + ½ Cl2 (g) → NaCl (s) (∆Hf = –411’1 kJ)

que puede considerarse suma de las siguientes reacciones:

Na (s) → Na (g) (∆Hsubl = +107’8 kJ)

½ Cl2 (g) → Cl (g) (½ ∆Hdis= +121’3 kJ)

Cl (g) → Cl– (g) (AHAE = –348’8 kJ)

Na (g) → Na+ (g) (AHEI = +495’4 kJ)

Na+ (g) + Cl– (g) → NaCl (s) (∆Hret = ?)

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ΔHf

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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.

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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

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Empaquetamiento de cationes metálicos.

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Propiedades de los compuestos metálicos.

■ Punto de fusión y ebullición muy variado (aunque suelen ser más bien alto)

■ Insolubles en agua . Son muy solubles en estado fundido en otros metales formando aleaciones.

■ Muy buenos conductores en estado sólido. La conductividad es mayor a bajas temperaturas.

■ Son dúctiles y maleables (no frágiles). Pueden deformarse sin romperse

presión