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CICLO CIENCIAS ACADEMIA “AMANTES DEL CONOCIMIENTO” CICLO LETRA - CIENCIAS Semana 3: Enlace químico y fuerzas intermoleculares Naturaleza del enlace químico. La repetición periódica de las propiedades químicas de los elementos con el incremento del número atómico, y de ahí de la masa, no guarda relación con el núcleo sino con los electrones en donde se asienta la capacidad de reacción química. Hemos visto que, independientemente del número total de electrones presentes, la configuración electrónica en las capas externas de todos los átomos que pertenecen a un grupo dado es esencialmente idéntica. Este último hecho sugiere que la reactividad química está asociada con los electrones más externos del átomo y no depende en grado alguno de lo que se encuentra en capas muy por debajo de la superficie. Por esta razón, cualquier explicación de las leyes de combinación química y valencia deben buscar en el comportamiento de los electrones más externos, y en la interacción de ellos con otros semejantes de átomos distintos. Al tratar con la combinación atómica conviene clasificar los enlaces formados en tres tipos básicos, que son: iónicos o electrovalentes, b) covalentes, y c) metálicos. Cada uno de estos tipos representa cierta conducta básica que definiremos y describiremos. Sin embargo, no todos los enlaces hallados en las moléculas se clasifican con claridad en alguna de estas categorías. En muchas ocasiones los enlaces encontrados reflejan propiedades que indican un carácter intermedio entre los tipos básicos. En estos casos el enlace se trata como una combinación de los tipos base involucrados, en el cual cada tipo ejerce una contribución definida a la naturaleza del enlace en cuestión. El enlace iónico El primer intento de explicar la valencia en función de los electrones lo hizo W. Kossel en 1916. Su punto de partida teórica fue la observación de que la estabilidad de los gases raros (gases nobles) se debía a que la capa externa de los átomos contiene dos electrones en el helio y ocho en los restantes casos. Por esta razón sugirió Kossel, que todos los átomos tienden a alcanzar configuraciones de gas raro bien sea tomando o cediendo electrones. Por ejemplo, un átomo de sodio contiene dos capas cerradas con un electrón fuera de las mismas. El cloro contiene dos capas cerradas y siete electrones externos. Para alcanzar una configuración de gas raro el sodio puede ceder el electrón externo que posee pasando así al ion positivo Na+, o bien adquirir siete electrones transformando al ion negativo Na7-. Es obvio que el primero de estos procesos debe ser más fácil de llevarse a cabo y de aquí la tendencia del sodio será a perder un electrón y transformarse en Na1+. En cambio, el átomo de cloro adquiere configuración de gas raro ya sea adquiriendo un electrón o perdiendo siete. Aquí es evidente que el primer proceso resulta más probable, y de aquí la tendencia del cloro a formar el ion Cℓ1-. Estas CICLO CIENCIAS tendencias naturales juegan su papel cuando el sodio y el cloro están juntos. Escribiendo un punto para representar al electrón obtenemos la reacción siguiente: En la cual un electrón se transfiere desde el sodio al cloro para dar iones sodio y cloro, cada uno de los cuales posee configuración de gas noble. El enlace covalente Aunque la explicación anterior es satisfactoria para las sustancias iónicas escasamente da cuenta de la formación de moléculas como CH4, NO, H2, N2 y otras de esta categoría. En estas no se detectan iones, y no hay una razón aparente inmediata de porque, por ejemplo, dos átomos de hidrógeno deberían combinarse en una molécula. Para vencer esta dificultad, G.N. Lewis propuso en 1916 que una unión de átomos puede lograrse al compartirse electrones en pares. Por ejemplo, si un átomo de hidrógeno con un solo electrón externo compartiera este electrón con otro átomo de hidrógeno, el resultado sería una molécula de este elemento, H: H, en que cada átomo podría reclamar el par y de ahí poseer la estructura del helio. La formación de una molécula tal como CH4 tiene lugar al compartir electrones entre el hidrógeno y el carbono de la manera siguiente Aquí cada hidrógeno adquiere la configuración del gas raro helio al compartir electrones, mientras que el carbono siendo capaz de compartir los propios, adquiere la configuración del neón. En todos estos repartos cada par de electrones corresponde a un enlace de valencia sencilla. Para diferenciar este tipo de combinación de la unión electrovalente se emplea los términos covalencia y enlace covalente. El enlace en algunas moléculas poliatómicas CICLO CIENCIAS Las moléculas diatómicas son lineales forzosamente. Pero la poliatómicas puede ser lineales, como N2O y CO2, o no lineales, como el H2O, H2S y NH3. Para las primeras moléculas el ángulo entre los dos enlaces es de 180°, mientras que para el último dicho ángulo es menor de 180°, pero definido aún para una molécula dada. La formación de estas moléculas es explicable en función de términos análogos a los usados en las moléculas diatómicas. Consideremos primero la formación de la molécula de agua. La configuración del átomo de oxígeno es 1s2 2s2 2p4, donde la distribución de los electrones p es 2pz2 2px1 2py1. Olvidando todos los orbitales atómicos llenos, tenemos disponibles para el enlace los 2px y 2py como lo muestra la figura, cada uno de estos orbitales atómicos puede interactuar con un orbital 1s del átomo de hidrógeno para formar uno molecular sigma (σ) que contiene dos electrones El resultado es así la aparición de dos enlaces O – H con un ángulo de 90° entre ellos. El ángulo de enlace observado en el agua es de 104,45°. Parte de este ensanchamiento se explica por la electronegatividad del oxígeno que es mayor a la del hidrógeno. Como resultado los átomos de hidrógeno desarrollan una carga positiva que conduce a la repulsión entre ellos y a un incremento en el ángulo de enlace. La situación en el H2S es análoga a la del agua, excepto que los orbitales del azufre comprendidos en la formación de los dos enlaces S – H son 3px y 3py. El ángulo observado entre los enlaces es 92,2°, que está muy próximo al de 90° que cabe esperar. Un razonamiento similar explica también la formación de la molécula de NH3. El nitrógeno atómico tiene 3 electrones externos 2p, sin acoplar, dado así la configuración 2px 2py 2pz. Los orbitales de estos electrones interactúan con los 1s en los 3 átomos de hidrógeno para formar los enlaces sigma (σ) que corresponden a los tres enlaces N – H. puesto que los diversos orbitales p están orientados entre sí a 90° este debería ser también el ángulo entre los enlaces N – H. En este caso el valor observado es de 107,3°. Aquí también parte del incremento angular se explica por la repulsión entre los átomos de hidrógeno que resulta de la diferencia de electronegatividad del nitrógeno e hidrógeno. La formación del N2O se visualiza como una adición de un átomo de oxígeno al N≡N. En cada N2 hay todavía dos electrones 2s sin reaccionar. Si uno de estos átomos tiene el spin de los electrones 2s2 sin acoplar y uno de los electrones se mueve hacia el orbital p, los orbitales que resultan s y p pueden interactuar con los 2p del oxígeno para formar un enlace doble. Así CICLO CIENCIAS obtenemos N≡N=O. Análogamente el desacoplamiento de los electrones 2s en el carbono dan un orbital s y tres p. la interacción de estos cuatro orbitales con otros cuatro p disponibles en los dos átomos de oxígeno nos lleva a la formación de una molécula de CO2 lineal cuya estructura es O=C=O. Pero, como veremos, tales estructuras estáticas para estas moléculas no explican todas sus propiedades. Hibridación de los orbitales atómicos La evidencia espectroscópica señala que el carbono atómico con un estado electrónico básico 1s2 2s2 2p2 tiene dos electrones desapareados.Por tanto, debería ser divalente. Pero en el COCℓ2, CCℓ4 y en los compuestos de carbono orgánicos es tetravalente. Además, los químicos orgánicos han establecido sin dejar la menor duda que en los compuestos saturados las cuatro valencias del carbono son idénticas, y que están orientados tetraédricamente en el espacio con ángulo de enlace de 109,47°. El carbono se hace tetravalente al desacoplar los dos electrones 2s y promoviendo uno de ellos hacia el orbital desocupado p. este proceso exigiría una energía de unas 65 kilocalorías por átomo gramo, pero esta energía se recupera ampliamente cuando el átomo lleva a cabo una reacción. Tal despareado y promoción no resuelve el problema porque, de los cuatro orbitales 2s2 2px 2py 2pz, solo los tres p serian idénticos. Pauling y Slater mostraron que este dilema se resuelve por la hibridación de los orbitales atómicos. En este proceso los orbitales atómicos de diferentes tipos se mezclan (combinan) de acuerdo con las exigencias de la mecánica cuántica para producir el mismo número de idénticos orbitales híbridos. Ahora estamos interesados en la combinación de un orbital s y tres p, o en la hibridación sp3 Supongamos que se comienza por postular que los cuatro orbitales en el carbono pueden hibridizarse para dar las cuatro funciones de onda, donde s, px, py, pz representan las funciones de onda para los electrones respectivos. Se colocan en ecuaciones y se soluciona. Estas ecuaciones dan cuatro orbitales idénticos dirigidos hacia las esquinas de un tetraedro. En consecuencia, la hibridación sp3 de los cuatro orbitales del carbono confirma la identidad entre los enlaces de los cuatro carbonos en los compuestos tales como el metano, tetracloruro de carbono, o etano, así como su disposición tetraédrica en el espacio. Hibridación sp2 CICLO CIENCIAS La hibridación sp3 no explica la formación o comportamiento de los enlaces dobles en los hidrocarburos olefinicos como en el caso del eteno. Para este debemos postular la hibridación sp2 del orbital s con los px y py en el carbono. El orbital pz se deja sin hibridizar. Mediante un razonamiento análogo al anterior, es posible obtener 3 orbitales híbridos idénticos. Estos orbitales quedan en el plano xy en ángulos de 120°. Los lazos del orbital pz se proyectan por encima y debajo del plano, como nos lo muestra la figura (a) Cuando dos de tales átomos de carbono se combinan junto con cuatro hidrógenos para formar etileno, los hidrógenos se enlazan a los orbitales b y c en el plano, mientras que los orbitales a de los dos átomos de carbono se combinan para formar un enlace sigma (σ) a lo largo de la línea C – C de la figura b. el segundo enlace C – C está formado de los orbitales pz de los dos átomos y es por lo tanto un enlace tipo pi (π), como se muestra “ ” que quedan por encima y debajo del plano xy. Como la energía del enlace σ es mayor que la del π, se cree que es este último el que se abre cuando los compuestos olefinicos llevan a cabo una reacción en el enlace doble. Hibridación sp La molécula de acetileno, C2H2 es lineal y contiene un enlace triple. Su formación se explica por la hibridación de los orbitales s y px en el carbono para obtener dos híbridos. Estos orbitales son idénticos y lineales, pero se encaran en direcciones opuestas, esto es, el ángulo entre ellos es de 180°. Cuando dos átomos de carbono con tal hibridación se combinan junto con dos hidrógenos, obtenemos un enlace σ para la unión de un hibrido en cada átomo de carbono. Al mismo tiempo los hidrógenos se enlazan a los orbitales híbridos cuya cara va hacia afuera. Los dos enlaces restantes entre los carbonos resultan de la formación de los dos orbitales π por combinación de los py y pz sin hibridizar correspondientes a cada carbono. Obtenemos así una molécula lineal que contiene un enlace triple constituido de un orbital σ y otros dos π. El modelo RPECV CICLO CIENCIAS El modelo de repulsión de pares de electrones de capa de valencia, de la geometría molecular es una simple extensión de las ideas de Lewis y ha tenido un sorprendente éxito para predecir las formas de las moléculas poliatómicas. La teoría se basa en planteamientos hechos por Nevil Sidgwick y Herbert Powell en la década de 1940; posteriormente, Ronald Gillespie y Ronald Nyholm la ampliaron y ubicaron en un contexto más moderno. En el modelo RPECV, las regiones de densidad electrónica acrecentada se apartan lo más posible y la forma de la molécula se identifica cuando se considera a la ubicación de los átomos en la estructura resultante. La primera suposición del modelo RPECV es que las regiones de densidad electrónica prominente, esto es, los pares de electrones no compartidos y las concentraciones de electrones asociadas a los enlaces, se van a ubicar lo más lejos posibles de modo que las repulsiones entre ellas se minimicen. Por ejemplo, cuatro de tales regiones de densidad electrónica se dirigen hacia los vértices de un tetraedro regular, cinco de ellas caerán en las esquinas de una bipirámide trigonal y así sucesivamente. CICLO CIENCIAS CICLO CIENCIAS Si bien la disposición de las regiones de elevada densidad electrónica – tanto las regiones de enlace como las asociadas a los pares no compartidos – rige la forma de la molécula, el nombre de la forma es determinado por el arreglo de los átomos, no por el arreglo de las regiones de densidad electrónica. Por ejemplo, la molécula de NH3 tiene cuatro pares de electrones dispuestos en forma tetraédrica, pero como uno de ellos corresponde con un par no compartido la propia molécula se clasifica como piramidal trigonal. El ápice de la pirámide está ocupado por el par no compartido. De manera similar, el H2O tiene un arreglo tetraédrico para sus pares electrónicos, pero, dado que dos de ellos corresponden con pares no compartidos, la molécula se clasifica como angular. Con el fin de aplicar de manera sistemática el modelo RPECV, primero se escribe la estructura de Lewis para la molécula o ion y se identifica al átomo central. A continuación, se cuenta el número de átomos y pares no compartidos de que dispone ese átomo, ya que cada átomo (enlazado de manera sencilla o múltiple con el átomo central) y cada par solitario cuentan como una región de alta densidad electrónica. A fin de lograr la energía más baja, estas regiones se posicionan lo más lejos posible, y así consultando la tabla es posible identificar la forma básica que se adopta. Finalmente, se nota que ubicaciones corresponden a átomos e identificamos de la tabla la forma de la molécula. De esta manera se predice (y se encuentra) que una molécula de SF6, con seis enlaces sencillos alrededor del átomo de azufre (S) central, será octaédrica y se predice (y encuentra) también que una molécula de PCℓ5, con cinco enlaces sencillos y, por consiguiente, cinco regiones de densidad electrónica alrededor del átomo central es bipiramidal trigonal. Propiedades atómicas y enlaces químicos. Antes de examinar los tipos de enlace químico, deberíamos preguntarnos, porque los átomos se enlazan entre sí. En términos generales, lo hacen por una razón decisiva: la formación de enlace reduce la energía potencial entre partículas positivas y negativas, ya sea que estas partículas sean iones de carga opuesta o núcleos atómicos y los electrones entre ellos. De la misma manera que la configuración electrónica y la fuerza de la atracción núcleo- electrón determinan las propiedades de un átomo, el tipo y fuerza de los enlaces químicos establecen las propiedades de una sustancia. Tipos de enlaces químicos A nivel atómico, distinguimos a un metal de un no metal con base en las diversas propiedades que se correlacionan con su posición en la tabla periódica. Recuerde que las propiedades metálicas generalmente disminuyen a lo largo de un periodoy aumentan hacia abajo en un grupo. Como un primer paso, para apreciar la importancia del enlace, clasifiquemos los tipos de enlace que resultan de las tres combinaciones de los dos tipos de átomos, metal con no-metal, no-metal con no-metal, y metal con metal: CICLO CIENCIAS 1. Transferencia electrónica y enlace químico. El enlace iónico se observa típicamente entre átomos con grandes diferencias en su tendencia a perder o ganar electrones. Tales diferencias se observan entre metales reactivos [grupos IA (1) y IIA (2)] y no metales [grupos VIIA (17) y la parte superior del VIA (16)]. El átomo metálico (baja energía de ionización E.I.) pierde uno o dos de sus electrones de valencia, mientras que el átomo no metálico (afinidad electrónica A.E. alta y negativa) gana electrones. Se lleva a cabo la transferencia electrónica del metal al no- metal, y cada átomo forma un ion con la configuración de un gas noble. La atracción electrostática entre estos iones positivos y negativos los lleva a formar el arreglo tridimensional de un sólido iónico, cuya fórmula química representa la proporción catión a anión (fórmula empírica). 2. Compartición de electrones y el enlace covalente. Cuando existe una pequeña diferencia entre dos átomos con respecto a su tendencia a perder o ganar electrones, observamos una compartición de electrones y al enlace covalente. Este tipo de enlace es más importante entre átomos no metálicos. Cada átomo no metálico atrae fuertemente a sus electrones (energía de ionización E.I. alta) y tiende también a atraer a otros. La atracción de cada núcleo por los electrones de valencia del otro es lo que hace que los átomos se unan. Se considera que un par compartidos de electrones está localizado entre los dos átomos porque pasa allí la mayor parte del tiempo, uniéndoles en un enlace covalente de longitud y fuerza dadas. En la mayoría de los casos, se generan moléculas separadas cuando se forman enlaces covalentes, y la fórmula química refleja el número real de átomos en la molécula (fórmula molecular). Gran parte de la química inorgánica depende de la relación que existe entre las propiedades químicas de los compuestos y sus estructuras electrónicas. El análisis más elemental del enlace covalente se hace en términos de los pares compartidos de electrones. Tal enfoque fue planteado por G.N. Lewis en 1916 a partir de ese momento nuestra comprensión del enlace se ha enriquecido de modo considerable desde el punto de vista tanto experimental como teórico. La regla del octeto Los átomos comparten pares de electrones hasta que hayan adquirido un octeto de electrones de valencia. Lewis encontró que podía explicar la existencia de una amplia gama de moléculas mediante la regla del octeto: Cada átomo comparte electrones con átomos vecinos hasta alcanzar un total de ocho electrones de valencia (un “octeto”) Se logra una configuración de gas noble de capa cerrada cuando ocho electrones ocupan los subniveles s y p de la capa de valencia. Una CICLO CIENCIAS excepción es el átomo de hidrógeno, que llena su capa de valencia, el orbital 1s, con dos electrones (un “dueto”) La regla del octeto proporciona una manera sencilla de construir la estructura de Lewis, un diagrama que muestra el patrón de enlaces y los pares no compartidos en una molécula. En la mayoría de los casos se puede construir una estructura de Lewis en tres pasos: 1. Se decide la cantidad de electrones que han de incluirse en la estructura sumando los números de todos los electrones de valencia proporcionados por los átomos. Cada átomo proporciona todos sus electrones de valencia (así el hidrógeno da un electrón y el oxígeno, con la configuración [He] 2s22p4, proporciona 6). Cada una de las cargas negativas de un ion corresponde a un electrón adicional y cada una de las cargas positivas corresponde a un electrón menos. 2. Se escriben los símbolos químicos de los átomos en el arreglo que muestre que átomos están enlazados. En la mayoría de los casos se conoce el arreglo o se puede hacer una suposición documentada. El elemento menos electronegativo suele ser el átomo central de una molécula, como en CO2 y (SO4)2- , pero hay un sin número de excepciones muy conocidas (entre ellas H2O y NH3). 3. Se distribuyen los electrones en pares de modo que haya un par de electrones que formen un enlace simple entre cada par de átomos enlazados, y luego se proporcionan pares de electrones (para constituir pares no compartidos o enlaces múltiples) hasta que cada átomo tenga un octeto. Cada uno de los pares de enlace (:) se representa entonces con una sola línea (-). Se supone que la carga neta de un ion poliatómico es poseída por ion como un todo, no por un átomo individual en lo particular. CICLO CIENCIAS ENLACES QUÍMICOS Es la fuerza que mantiene unidos a los átomos que forman una sustancia (elemento o compuesto). Ocurre con la participación de los electrones de los niveles o capas más externas. CLASIFICACIÓN DE ENLACES QUÍMICOS • Enlace iónico o Electrovalente o electrostático • Enlace Covalente • Según su polaridad: apolar o polar. • Según la procedencia de los electrones: coordinado (dativo). • Según el número de electrones compartidos: simple y múltiple. • Enlace Metálico Cuando las moléculas (sustancias cuyos átomos están unidos mediante enlace covalente) se unen para formar los agregados moleculares que podemos distinguir con la ayuda de nuestros sentidos se manifiestan las denominadas fuerzas intermoleculares. Estos pueden ser: fuerzas dipolo-dipolo; “puente de hidrógeno”; fuerzas de London. EL ENLACE IÓNICO El enlace iónico consiste en la atracción electrostática entre átomos con cargas eléctricas de signo contrario. Este tipo de enlace se establece entre átomos de elementos poco electronegativos con los de elementos muy electronegativos. Para que ocurra es necesario que uno de los elementos pueda ganar electrones y el otro perderlo. Este tipo de enlace se suele producir entre un no metal (electronegativo) y un metal (electropositivo). Un ejemplo de sustancia con enlace iónico es el cloruro sódico. Para su formación previamente tiene lugar la transferencia de un electrón del átomo de sodio al átomo de cloro. Las configuraciones electrónicas de estos elementos después del proceso de ionización son muy importantes, ya que los dos han conseguido la configuración externa correspondiente a los gases nobles, ganando los átomos en estabilidad. El ion sodio tiene ocho electrones en su capa más externa, mientras que el ion cloruro también. Ambos cumplen con la “Regla del Octeto” Estos iones se mantienen unidos por fuerzas electrostáticas fuertes llamadas enlaces iónicos. ENK= 0,80 - ENBr= 2,80 → EN= 2,00 CICLO CIENCIAS I. EL ENLACE COVALENTE Consiste en la fuerza de atracción eléctrica que se da entre dos átomos cuando comparten sus nubes electrónicas. Para ello es necesario que ambas tengan similares electronegatividades. Los elementos que tienen elevadas electronegatividades son los elementos no metálicos (H, C, N, P, O, S, Se, F. Cℓ, Br, I). En la mayoría de los casos los elementos que establecen enlace covalente cumplen con la “Regla del Octeto”; sin embargo, se conocen excepciones. ESTRUCTURAS DE LEWIS, “REGLA DEL OCTETO” Lewis fue uno de los primeros en intentar proponer una teoría para explicar el enlace covalente, por ello creo notaciones abreviadas para una descripción más fácil de las uniones atómicas, que fueron las estructuras de Lewis El par de electrones de enlace se representa mediante un par de puntos o aspas (x) o mediante una línea. EXCEPCIONES DE LA REGLA DEL OCTETO La regla del octeto se aplica sobre todo a elementos del segundo período. Sin embargo, en elementos pertenecientes al tercer períodoen adelante puede producirse una "expansión del octeto". Esto es debido a que pueden ser utilizados en el enlace los subniveles d. Ejemplo: PCℓ5 En esta molécula cada uno de los 5 electrones del P se une covalentemente a un átomo de Cℓ. En consecuencia, 10 electrones rodearán al átomo central, pero se cumple el octeto para el cloro. BF3 En esta molécula, sólo 6 electrones rodean al B, aunque los átomos de F cumplen el octeto. NO, En esta molécula 7 electrones rodean al N. Es una molécula con número impar de electrones, y como se requiere un número par de electrones para completar 8, en estos casos nunca se puede satisfacer la regla del octeto. A los átomos que adquieren más de ocho electrones, se dice que tienen “Octeto Expandido” CICLO CIENCIAS Según su polaridad: apolar o polar. Enlace Covalente Apolar El enlace covalente apolar, se presenta en elementos de igual electronegatividad. En este caso los electrones están igualmente compartidos por los dos átomos. Como ejemplo se encuentran: H2, Cℓ2, O2, N2, F2 y otras moléculas diatómicas. Estas moléculas son de carácter no polar; no hay formación de dipolos. Enlace covalente polar, se presenta entre átomos de diferente electronegatividad, el enlace resultante es polar. Como ejemplo se puede mencionar el enlace entre el carbono y el oxígeno para formar el monóxido de carbono. El carbono y el oxígeno presentan diferente electronegatividad la cual no es marcada ya que ambos son no metales, esto permite que se forme un enlace covalente polar. El compartir electrones en un enlace covalente no es siempre igual. En un enlace covalente, los átomos como el oxígeno contienen una alta carga de densidad negativa comparada con los otros átomos no metálicos. Como resultado, la distribución electrónica es asimétrica, o polar. Esta asimetría produce leves cargas negativas y positivas en diferentes regiones de la molécula, representado por el símbolo griego , para cargas parciales SEGÚN LA PROCEDENCIA DE LOS ELECTRONES: NORMAL O DATIVO. Enlace covalente normal: se refiere a aquellos enlaces ya sea simples, dobles o triples donde cada uno de los átomos enlazados aportan un electrón para formar el enlace covalente. Y se representa mediante guiones (-) Enlace covalente coordinado o dativo: es un enlace covalente donde un solo átomo es el que aporta el par de electrones necesarios para formar el enlace. Suele representarse con una flecha → Covalentes normales Covalente dativo CICLO CIENCIAS SEGÚN EL NÚMERO DE ELECTRONES COMPARTIDOS: SIMPLE Y MÚLTIPLE. Enlace covalente simple: se produce cuando los dos elementos (iguales o diferentes) comparten sólo dos electrones. Enlace covalente múltiple: se produce cuando los dos átomos (iguales o diferentes comparten por lo menos cuatro o seis electrones. ENLACE METÁLICO. El enlace metálico es el que mantiene unido a los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de redes tridimensionales muy compactas. FUERZAS INTERMOLECULARES Muchas propiedades de los líquidos, incluido su punto de ebullición, reflejan la intensidad de las fuerzas intermoleculares. Un líquido hierve cuando burbujas de vapor se forman dentro del líquido. Las moléculas de un líquido deben vencer sus fuerzas de atracción para separarse y formar la fase vapor. Cuanto más intensas son las fuerzas de atracción, más alta es la temperatura de ebullición. Asimismo, el punto de fusión de un sólido se incrementa al elevarse la intensidad de las fuerzas intermoleculares. Se sabe que existen tres tipos de fuerzas de atracción entre moléculas neutras: fuerzas de dispersión de London, interacciones dipolo-dipolo, y fuerza puente de hidrógeno. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICAS Las sustancias iónicas se encuentran en la naturaleza formando redes cristalinas, por tanto, son sólidas. Su dureza es bastante grande, y tienen por lo tanto puntos de fusión y ebullición altos. Son solubles en disolventes polares como el agua. Cuando se tratan de sustancias disueltas tienen una conductividad alta. PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS COVALENTES Los compuestos covalentes suelen presentarse en estado líquido o gaseoso, aunque también pueden ser sólidos. Por lo tanto, sus puntos de fusión y ebullición no son elevados. La solubilidad de estos compuestos es elevada en disolventes apolares, y nula su capacidad conductora de la electricidad. Los sólidos covalentes macromoleculares, forman una red covalente, tienen altos puntos de fusión y ebullición, son duros, malos conductores y en general insolubles. Los compuestos apolares son poco solubles en agua y disolventes polares (alcoholes, ácidos orgánicos...) puesto que las moléculas de agua se atraen entre sí y no con las de sólido o líquido, y en cambio son solubles en disolventes apolares (CCℓ4, éter, benceno, ...). Las moléculas polares son generalmente líquidos y algunos sólidos (líquidos como los alcoholes, el agua, sólidos como los azúcares, grasas, ...). Cuanto más polares mayores puntos de ebullición o fusión. Todos son malos conductores del calor y la electricidad (los electrones están sujetos en el enlace). CICLO CIENCIAS PROPIEDADES DE LOS METALES Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus puntos de fusión y ebullición varían notablemente. Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas. Presentan brillo metálico. Son dúctiles y maleables. Pueden emitir electrones cuando reciben energía en forma de calor. * Los compuestos iónicos forman redes gigantes, las cuales dan lugar a las sustancias que vemos (NaCℓ, CaCℓ2, NaOH, ...) CICLO CIENCIAS SEMANA 5 ENLACE QUÍMICO I. CONCEPTOS BÁSICOS 1. DEFINICIÓN Es el conjunto de fuerzas que mantienen unidos a los átomos o iones con la finalidad de alcanzar la máxima estabilidad y la mínima energía posible. Es la fuerza química que mantiene unidos a los átomos de una sustancia, las que resultan siendo generalmente fuertes atracciones eléctricas entre los núcleos de los átomos y los electrones de enlace. Un enlace químico se produce entre dos átomos o grupo de átomos cuando las fuerzas que actúan entre ellos conducen a la formación de un agregado con suficiente estabilidad como para considerarlo una especie química independiente con características propias y diferentes a las especies formadoras. Dónde: E = elemento (en * se excluye al Helio) 3. ELECTRONES DE VALENCIA. Electrones del mayor nivel de energía para elementos representativos. 4. REGLA DEL OCTETO Generalmente los átomos al enlazarse poseen 8 electrones en la capa externa. CICLO CIENCIAS 5. TIPOS DE ENLACE QUÍMICO A. ENLACE IÓNICO Generalmente es la unión entre un metal y un no metal que se establece por transferencia de electrones. Ejemplo: Cloruro de sodio (NaC) Propiedades generales de los compuestos iónicos • Son sólidos a temperaturas ambientales. • Poseen alta temperatura de fusión. • La mayoría son solubles en agua. • En estado sólido no conducen la corriente eléctrica, pero si lo hacen cuando están fundidos o disueltos en agua. B. ENLACE COVALENTE Generalmente es la unión entre un no metal y otro no metal, que se establece por compartición de electrones. Se clasifican: B.1. SEGÚN SU POLARIDAD - ENLACE COVALENTE APOLAR. Es cuando los electrones enlazantes son compartidos en forma equitativa por los átomos. Se denomina también enlace covalente puro. En forma práctica: Ejemplo: Hidrógeno (H2) E.N. = 0 CICLO CIENCIAS - ENLACE COVALENTE POLAR. Es cuando loselectrones no son compartidos en forma equitativa por los átomos. De éste modo los átomos adquieren cargas parciales de signo opuestos. B.2.SEGÚN LA FORMA CÓMO COMPARTEN SUS ELECTRONES CICLO CIENCIAS C. ENLACE METÁLICO Los electrones de valencia se desprenden de sus átomos y quedan libres para moverse y desplazarse por toda la red cristalina en forma caótica o al azar formando un “gas electrónico” o “mar de electrones” (modelo del mar de electrones). II. POLARIDAD DE LAS MOLÉCULAS Molécula apolar. - Es aquella en la cual los átomos que rodean al átomo central se disponen en el espacio simétricamente, por lo cual el centro de cargas positivas y negativas coincide en un punto. Ejemplo: Tricloruro de aluminio (AℓCℓ3) Molécula polar. - Es aquella en la cual los átomos que rodean al átomo central se disponen asimétricamente, por lo cual la molécula presenta dos polos de signo opuesto (dipolo). En las moléculas polares, el átomo central posee electrones libres Ejemplo: Agua (H2O) CICLO CIENCIAS III. FUERZAS INTERMOLECULARES Agrupa a aquel conjunto de fuerzas de naturaleza eléctrica que son los responsables sobre todo de justificar las propiedades macroscópicas de las sustancias, tales como punto de fusión, de ebullición, solubilidades, etc. Por lo general estas fuerzas son mucho más débiles que los enlaces químicos. - FUERZA DIPOLO DIPOLO. Son fuerzas que actúan entre moléculas polares; es decir, moléculas con dipolo permanente. Su origen es electrostático. Ejemplo: Entre moléculas de HBr - FUERZA PUENTE DE HIDRÓGENO (FPH). Es un tipo de fuerza especial de interacción dipolo – dipolo entre el hidrógeno y los átomos muy electronegativos como el F, O y N. Es la fuerza intermolecular más fuerte. Ejemplo: Entre 3 moléculas de HF CICLO CIENCIAS FUERZAS DE LONDON. Son fuerzas débiles que permiten la unión de moléculas apolares y polares. Esta atracción es única en las moléculas apolares y se produce debido a la aparición de dipolos instantáneos e inducidos
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