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ENLACE QUÍMICO La gran m ayoría de elemen tos q uímicos no suelen encont rarse libres en la na t uraleza, sino co mbina dos en t re sí forma n do com p ues tos químicos. Una excepción son los gases nobles q ue no for man co m p uestos químicos. La inercia q uí mica que p resentan los gases nobles se debe a su configuración elect rónica especialmente es table: to dos p oseen ...................... elect rones de valencia, excepto el ......................, que posee la p rimera capa electrónica co m pleta, ocupada por sus ................... elect rones. Los á to mos cuan do se u nen en t re sí lo hacen m e diante enlaces químicos. Los áto mos q ue se u nen m e dian te enlace q uímico lo hacen de dos for mas: interca m biando elect rones o co m par tien do elect rones. En m uchos casos se cu m ple la llama da REGLA DE OCTETO, los á to m os al ganar, perder o co m par tir electrones con o tros áto m os pasan a tener 8 electrones de valencia, y así adq uirir configuración de gas noble. Existen t res tipos de enlaces q uímicos: ➔ IÓNICO Entre á to m os de u n m e tal y u n no m e tal ➔ COVALENTE Entre áto mos de no me tales o se mimetales ➔ METÁLICO Entre á to mos de m e tales Estos tipos de enlaces químicos originan los siguien tes tipos de sus tancias: ✔ COMPUESTOS IÓNICOS Están for ma dos por iones posi tivos de u n m e tal e iones negativos de u n no m e tal. Son sólidos cris talinos, d u ros, frágiles y con altas te m pera turas de fusión. Ejem plos: El cloruro de so dio, es u n sólido cris talino, for ma do por iones Na+ y Cl- Para fun dirlo hay que elevar su te m pera tura a 801 º C. Rayarlo es m uy difícil, es m uy d u ro. Si lo golpea mos se fractu ra, es frágil. La m ayoría son m uy solubles en agua. ✔ SUSTANCIAS MOLECULARES Están for ma das po r m oléculas, agru paciones de á to mos q ue per m anecen u nidos por enlaces covalen tes. Son sus tancias con te m pera turas de fusión y de ebullición bajas, y po r ello a te m pera tura a mbiente algunas se hallan en es ta do gaseoso, o t ras en es tado líquido y las for ma das por m oléculas de m ayor ta ma ño, son sólidas a te m pera tu ra a mbiente. Ejem plos: Dióxido de carbono, CO2 Te m pera tu ra de fusión: - 78 ºC; te m pera tu ra ebullición: - 57 ºC 1 A tem p era tu ra a m b ien tes se h a lla en es ta d o .............................. Es u n a su s ta n cia q u e se h a lla en la a tm ósfera . Agua, H2O Tem pera tura de fusión: 0 º C y te m pera tu ra de ebullición: ...................... Sacarosa, C12H22O11 (azúcar) Tem pera tura de fusión: 185 ºC ✔ SÓLIDOS COVALENTES RETICULARES Son sólidos m uy d uros, no son frágiles como los iónicos. Funden a te m pera turas m uy elevadas, m ucho m ayores q ue los sólidos iónicos. No son solubles en ningún disolvente. Ejem plos: Diaman te y la sílice ✔ METALES Son sólidos cond uctores de la corrien te. Dúctiles y m aleables. Buenos con d uctores del calor. No son solubles. Los á to mos de u n m e tal per ma necen u nidos m e diante enlace m e tálico. 2 A temperatura ambiente s e halla en es tado líquido. A temperatura ambiente es un s ólido, de color blanco. Los va lores d e la s tem p era tu ra s d e fu s ión y d e eb u llición d e u n a su s ta n cia m olecu la r d ep en d e d e la in ten s id a d d e la s fu erz a s q u e exis ten en tre su s ............................. Es ta s a u m en ta n a l h a cerlo el ...................................... d e la s m o écu la s . Por ello la s su s ta n cia s ĺ m olecu la res form a d a s p or m olécu la s d e gra n ta m a ñ o son sólid a s a tem p era tu ra a m b ien te. La s ílice o d ióxid o d e s ilicio (SiO2 ) fu n d e a 1 7 1 3 º C. El el s ólido más duro que exis te. Es tá formado por átomos de carbono ENLACE IÓNICO Se for ma cuan do se co mbina u n m e tal y con u n no m e tal. Recorda mos q ue los m e tales son elementos con ten dencia a perder elect rones, y los no m e tales son elementos con ten dencia a .............................................................................................. Si po ne m os en contacto sodio con gas cloro, reaccionan, y se obtiene cloruro de so dio, sólido blanco. La reacción desp ren de m uc ha energía, es exotér mica. (Ver vídeo obtención de cloruro de sodio). ¿Cómo se for ma es te co m p ues to? El so dio tiene la siguien te configuración electrónica: 2 - 8 - 1. Se halla en el ....................... período, gru po ....................... Es por t an to u n m e tal ..................................., y co mo to dos los m e tales de es te gru po tiene m ucha ten de ncia a perder su electrón de valencia, y t ransfor marse en u n ión con configuración de gas noble. El cloro tiene la configuración elect rónica 2 - 8 - 7. El el elemen to del gru po ........................ y del .......................... período. Es u n ..................................... Todos es tos ele men tos son m uy reactivos, con m ucha ten de ncia a ganar .......................... elect rón pa ra así tener ....................... elect rones de valencia, y adquirir configuración estable de gas noble. Cuan do a mbos ele men tos se po nen en contacto, se p ro d uce u na t ransferencia de elect rones del m e tal, el sodio, al no me tal, y se for man iones positivos del m e tal e iones negativos del no m e tal. Los iones q ue se for man se ordenan en el espacio forma n do u na red cris talina iónica. Cada ión positivo se ro dea de negativos y viceversa. De es ta for ma per m anecen u nidos por los fuer zas eléct ricas at ractivas en t re cargas de signo contrario, a la vez q ue se evitan las fuer zas ........................................... en t re iones del mis mo signo. 3 En la red cris talina iónica hay igual n ú mero de iones so dio, Na+ , que de iones cloruro, Cl- , y po r ello su fórm ula q uímica es NaCl. Otro ejem plo de co m p ues to iónico: El fluoruro de m agnesio, for ma do por iones fluoruro e iones m agnesio. El m agnesio tiene de configuración 2 - 8 - 2, es el m e tal .......................................... (grupo .............................) del ....................... período. Tiene ten dencia a ....................... los elect rones de valencia, para así tener 8 electrones de valencia, y se for ma el ión ........................ cuya configuración sería ................................., m uy es table por tener configuración de .................. El flúor tiene u na configuración elect rónica 2 - 7. Es el .................................................... (grupo ......................... ) del ............................... período. Es u n no me tal con m ucha ten dencia a ......................... ...................... elect rón, pa ra tener 8 elect rones de valencia, o sea configuración es table de ............................... El ión que re sul ta es ........................, q ue se deno mina ........................................ y su configuración elect rónica es .................................... Cuan do el m agnesio se co mbina con el flúor se p ro d uce u na t ransferencia de ................. del .................................. al ..................................., y se for man los iones ....................... y ..................... En este caso por cada ión ............................... se for ma n ........................... iones ........................ Los iones se ordenan en u na red cris talina iónica. En ella hay .........................n ú mero de iones fluoruro q ue de iones m agnesio, y por ello su fór m ula química es ............................ Recuerda: El enlace iónico s e da cuando s e combina un .......................... con un ............................... Consiste en la transferencia de electrones del ........................... al .................................... , lo que origina la formación de ione s .......................... del m etal e iones ............................ del no metal. Estos iones se ordenan en una red cristalina quedando cada ion positivo rodeado de .................................... y vice versa. Los iones permanecen unidos por fuerzas eléctricas. El compuesto que se forma e s un compuesto ......................................., formado por iones ........................... y ............................. La fórmula química de un compuesto iónico nos indica la proporción en que s e hallan los iones. Propiedades de los compuestos iónicos: Los compue stos iónicos son todos ................................ a temperatura ambiente, poseen temperaturas de fusión ele vadas. Son sólidos mu y duros, e s difícil rayarlos. Ambos 4 hecho s de deben a que las fuerzas eléctricas que mantienen unidos a su s iones son .............................................. Son frágiles, s e fracturan al golpearlos porque al hacerlo s e desplazan los ione s de su posición y quedan enfrentados iones de igual signo, que s e ................................ ¿Cómo se nombran los compuestos iónicos? Existen dos no me nclatu ras pa ra no m brar los co m p uestos. Una de ellas es la deno mina da nomenclatura Stock. Es la m ás u tilizada actualmen te. En ella para no m brar u n co m p ues to iónico s e indica el nombre del ión negativo s eguido del nombre del ión positivo. Los m e tales que for man dos o m ás iones como es el caso del hier ro, es obligatorio indicar en t re paréntesis y con n ú meros ro manos la carga del ión q ue forma. Fe+ 2 Ión de hier ro (II) Fe+ 3 Ión de hier ro (III) Los no m e tales for man u n ú nico ión negativo. La m ayoría de m e tales for man ta m bién u n sólo ión. En ellos no se indica la carga porq ue debe mos saberla. En el caso de los gru pos rep resen ta tivos es fácil de d ucirla a par tir del n ú mero de elect rones de valencia q ue tienen y sabiendo q ue el ión q ue se for ma cu m ple la regla del octe to. En el caso de los m e tales de t ransición hay sim ple mente que m e mori zarlos. Com pleta, indicando los iones que for ma n los siguien tes elemen tos: Metales del grupo 1 ó IA (metales alcalinos) → + 1 Metales del grupo 2 ó IIA (metales alcalino térreos → Metales del grupo 3 ó IIIA (térreos) → No m etales del gru po ....................... (Halógenos) → No m etales del gru po .......................... (Anfígenos) → No m etales del gru po ............................. (Nitrogenoides) → Metales de t ransición: Cr, Fe, Co, Ni → Zn Cd → 5 Hg Cu → Au → Ag → Pt Pd → Mn → Ejercicio Com pleta la siguien te tabla: Nombre del com p ues to Ion negativo Ión positivo Sulfuro de po tasio Óxido de sodio Cloruro de bario Cloruro de níquel (II) Bromuro de pla ta Fluoruro de oro (III) Nitruro de cesio Óxido de zinc Óxido de alu minio ¿Cuál e s el significado de la fórmula química de un compue sto iónico? La fórm ula química nos indica la p ro porción en que se hallan los iones y se de d uce fácilmente a pa r tir de su carga. Los com p ues tos iónicos au nq ue están forma dos por iones positivos y negativos, son neu t ros, po rque la carga de los iones posi tivos se anula con la carga de los iones negativos. El yoduro de calcio está for ma do por iones I- e iones Ca+ 2.. Su fór m ula química es CaI2 , po rque hay dos iones I- po r cada ión Ca+ 2 La carga de u n ión Ca+ 2 se anula con la de dos iones I- . EJERCICIO. Teniendo en cuen ta lo an terior, indica de los siguien tes com p ues tos iónicos la fórm ula que le correspon de: a) El sulfuro de po tasio es tá for ma do por los iones S- 2 y K+ . La carga del ión S- 2 se anula con la carga de ............ iones K+ . En el com p ues to debe haber ................ n ú m ero de iones .................. q ue de iones .................... Por ello su fór m ula q uímica es ........................... 6 b) El sulfuro de m agnesio es tá for ma do p or los iones S- 2 y Mg+ 2 . Por ser iones de igual carga el n ú mero de iones de cada signo debe ser .......................... Por ello su fór m ula química es ........................ c) El cloruro de hierro (III) es tá for ma do p or los iones Cl - y Fe +3. La carga del ión Fe +3 se an ula con la de ........................ iones Cl - . En el com p ues to hay ................... n ú mero de iones ......................... que de iones ......................... Por ello la fór m ula química del co m p uesto es ...................................... d) El óxido de hierro (III) está for ma do por los iones O - 2 y Al +3. La carga de ............... iones O- 2 se an ula con la carga de ........................ iones Al+ 3 . En el com p ues to, por cada .................. iones O- 2 hay ................... iones Al+ 3 , por ello su fórm ula química es ................................. ENLACE COVALENTE Es el tipo de enlace q ue se da en t re átomo s de no m etales o se mimetales. Consiste en q ue los á to m os que se u ne n co m par ten elect rones. Los electrones co m par tidos se m ueven alrededor del n úcleo de a m bos á to mos y per tenecen a la vez a a m bos á to m os. Cuan do u n áto m o co m par te u no de sus electrones con o tro áto mo, gana u n elect rón, ya q ue cada u no apor ta u n elect rón y a m bos pasan a per tenecer a los dos á to m os. Los á to mos co m par ten elect rones para adq uirir 8 elect rones de valencia, REGLA DEL OCTETO, y así tener la configuración electrónica m á s es table que existe. Dos á to mos p ue den com par tir 1, 2 ó 3 pa res de elect rones, y el enlace covalen te q ue se forma se de no mina sim ple, doble y t riple respectivamen te. Se rep resenta m e diante u na, d os o t res rayas en t re los áto m os que for ma n el enlace: A - B Representa u n enlace covalen te sim ple. Los á to mos A y B com par ten u n par de electrones A=B Represen ta u n enlace covalente doble. Los áto mos A y B com par ten dos pares de electrones AΞB Represen ta u n enlace covalente t riple. Los á to mos A y B com par ten t res pares de electrones En las su stancias m oleculares , for ma das po r m oléculas, que son la gran m ayoría de sus ta ncias que existen, los áto mos q ue for ma n las m oléculas per ma necen u nidos por es te tipo de enlace. Las m oléculas se rep resen tan me diante su es t ructura de Lewis y m e diante su fór m ula m olecular desarrollada. Ambas formas de represen tar las m oléculas per miten ver có mo se u ne n los á to mos de n t ro de la m olécula y el tipo de enlace en tre ellos. Veamos algunos casos sencillos: 7 En la m olécula de hidrógeno , H2 , los á to mos de hidrógeno que la for man es tán u nidos po r u n enlace covalen te sim ple. Cada á to m o de hidrógeno posee u n sólo electrón. Se u nen y co m par ten sus elect rones, y así cada á to m o de H pasa a tener 2 elect rones, configuración del gas noble helio. Los á to mos de hidrógeno tienen m ayor es tabilidad u nidos de es ta for ma, que aislados. Por ello el hidrógeno es u n gas diató mico. Enla m olécula de oxígeno , O2, los á to mos de oxígeno que la forma n se u nen co m par tien do dos pa res de electrones, m e dian te enlace covalen te doble. Cada á to m o de oxígeno posee 6 elect rones de valencia, si com par ten con o tro d os de sus elect rones de valencia, cada u no de ellos pa sa a tener 8 electrones de valencia. Los á to mos de oxígeno a dquieren es tabilidad de es ta for ma, po r ello el oxígeno es ta m bién u n gas diató mico. En la m olécula de nitrógeno , N2 , los á to mos de nit rógeno per manecen u nidos po rque forma n u n enlace covalen te t riple. Los áto m os de nit rógeno de es ta m olécula co m par ten 3 de sus 5 elect rones de valencia. De es ta forma cada u no de ellos pasa a tener 8 electrones de valencia, los 6 elect rones co m par tidos y o t ros d os no com par tidos. En la m olécula de agua, H2O, él á to mo de oxígeno co m par te dos de sus seis elect rones, u no con u n á to mo de hidrógeno y o t ro con o tro. De es ta forma el á to mo de oxígeno adquiere 8 elect rones de valencia, y cada á to mo de hidrógeno 2 elect rones. Ambos adq uieren de es ta forma configuración de gas noble. El n ú mero de electrones q ue tiene u n á to mo que co m par tir con o t ros pa ra cu m plir la regla del octeto, se de no mina co valencia. Es fácil de d ucirla a par tir del n ú mero de elect rones de valencia q ue tiene u n á to mo. Hidrógeno .................. Sólo p ue de co m par tir el ú nico electrón q ue tiene. Su covalencia es 1. 8 Fluor ....................... Sólo le falta 1 elect rón para tener 8 elect rones de valencia. Si co m par te 1 elect rón con ot ro á to mo, gana o t ro, y pasa a tener 8 e de valencia. Su covalencia es ....... Oxígeno ......................... Sólo le faltan ............. elect rones para tener 8 de valencia. Necesita co m par tir .................... elect rones, para así ganar ot ros ................ elect rones y tener 8 en su última capa. Su covalencia es ................... Nitrógeno ........................... Le fal ta ................. electrones pa ra tener 8. Si co m par te ................. elect rones con o tros á to m os, gana ot ros ................... electrones y así pasa a tener los 8 de valencia. La covalencia del ni t rógeno es ....................... Carbono ............................... Le faltan ................... electrones para tener 8 en la úl tima capa. Sólo co m par tien do ................................ electrones con o tros áto m os, pasaría a tener 8 en la última cacpa. Su covalencia es ................................ Boro ............................... Sólo p ue de com par tir ...................... electrones. Al hacerlo adquiere o t ros t re s elect rones, y pasa a tener 6 electrones en su última capa. Aunq ue lo hace, no consigue cu m plir la regla del octe to. Su covalencia es .......................... Tenien do en cuenta la covalencia de los elemen tos an teriores, es fácil escribir la es t ruc tu ra de Lewis y la fór m ula m olecular de las siguien tes m oléculas. Metano Fórm ula m olecular: CH4 Estructura de Lewis: Fórm ula m olecular desar rollada: Amoníaco Fórm ula m olecular: NH3 Estructura de Lewis: 9 Fórm ula m olecular desar rollada: Sulfuro de hidrógeno Fórm ula m olecular: H2S Estructura de Lewis: Fórm ula m olecular desar rollada: Fluoruro de hidrógeno Fórm ula m olecular: HF Estructura de Lewis: Fórm ula m olecular desar rollada: Dióxido de carbono Fórm ula m olecular: CO2 Estructura de Lewis: 10 Fórm ula m olecular desar rollada: Metanal Fórm ula m olecular: H2CO Estructura de Lewis: Fórm ula m olecular desar rollada: Óxido de cloro (I) Fórm ula m olecular: Cl2O Estructura de Lewis: Fórm ula m olecular desar rollada: Fórmula química de las sustancias moleculares. La fórm ula química de u na sus tancia m olecular, llama da ta mbién fór m ula m olecular, nos indica los .................................. que for man cada u na de sus ........................................... La fórm ula m olecular desarrollada nos indica, ade más, los enlaces covalen tes que se es tablecen en t re los á to m os de la m olécula. 11 Dada la fór m ula m olecular desarrollada de las siguien tes sus tancias, indica al lado su fórm ula m olecular. 12 Acetona Fó rm u la m o lecu la r : Etano Fó rm u la m o lecu la r : Ácido acét ico Fó rm u la m o lecu la r : Bu tano Fó rm u la m o lecu la r : Ácido fo s fó r ico Fó rm u la m o lecu la r : Etano l Fó rm u la m o lecu la r Tetraclo ru ro de ca rbono Fórm u la m o lecu la r Las sus tancias m oleculares son sus tancias con te m pera turas de fusión de de ebullición bajas. Sustancia Tem pera tura de fusión Tem pera tura de ebullición Estado a 25 º C Acetona - 94,9 ºC 56,3 º C Etano - 182,7 º C - 88,6 º C Butano - 138,3 º C - 0,5 ºC Ácido acético 16,85 º C 118,05 º C Ácido fosfórico 41,85 º C 158 º C Etanol - 114,3 º C 78,4 º C Tetracloruro de carbono - 23,1 º C 76,85 º C Algunas sus tancia m oleculares son solubles en agua y ot ras no. Por ejem plo el e tanol es soluble en agua y el te t racloruro de carbono no lo es. SUSTANCIAS COVALENTES RETICULARES En es te tipo de sus tancias los á to mos es tán u nidos en t re sí m e diante enlaces covalen tes, pero no existen m oléculas. El co m p uesto en sí es como u na gran m olécula. En el dióxido de silicio (SiO2) cada á to mo se silicio se u ne m e dian te enlaces covalentes sim ples a cua tro á to mos de oxígeno. A su vez, cada áto mo de oxígeno se u ne m e diante enlaces covalen tes sim ples a ot ros dos áto mos de silicio. En la red cris talina a tó mica, hay doble n ú mero de á to mos de silicio q ue de oxígeno, tal co mo nos indica su fór m ula química. 13 El dia ma n te es tá for ma do por á to m os de carbono. Cada áto mos de carbono for ma cuatro enlaces covalentes sim ples con cuat ro á to mos. Los sólidos covalen tes re ticulares son m uy d uros, es m uy difícil ............................. Sus te m pera tu ras de fusión son m uy elevadas. SiO2 fun de a 2230ºC Diaman te fun de a 3550 ºC Para rayarlos o fun dirlos hay que ro m per los enlaces covalen tes que m a n tienen u nidos sus á to mos, lo cual requiere u na gran cantida d de energía. Ninguna sus tancia los disuelve. METALES Y ENLACE METÁLICO (Ver m a teria cnice / enlace q uímico) En u n m e tal los á to m os es tán u nidos por enlace m e tálico. En u n m e tal existen iones positivos del m e tal, q ue resultan de perder sus electrones de valencia. Estos iones se ordenan en u na re d cris talina. Perma necen u nidos a pesar de ser cargas de igual signo, po rque los elect rones de valencia del m e tal se m ueven p or la red cris talina forma n do u na n u be elect rónica, que evita las rep ulsiones en t re los iones positivos. Estos elect rones pe r tenecen a to dos los á to mos, son com par tidos por todos ellos, y tienen liber tad pa ra m overse por toda la red iónica del m e tal. Esta es t ructura explica que los m e tales al ser golpeados no se fracturen. 14 Esto explica q ue sean d úctiles y m aleables, po de mos hacer hilos y láminas, que se p ue den doblar sin fracturarse. Los m e tales son buenos con d uctores de calor lo q ue se debe a la existencia de electrones libres. No se p ue den disolver en ninguna sus tancia. En los me tales los iones se ordenan de u na m a nera m uy co m pacta, por lo q ue la densidadde estas sus tancias es elevada. Sus te m pera tu ras de fusión y de ebullición son m uy variables, de pen diendo de la for taleza del enlace m e tálico, que suele se m ayor al au men ta r el n ú mero de elect rones libres Metal Tem pera tura de fusión Sodio 97,8 º C Cobre 207 º C Plata 961 º 15 CONDUCTIVIDAD DE LAS SUSTANCIAS Las sus tancias son cond uctoras de la corrien te, si poseen cargas con liber ta d de m ovimiento. Com proba m os en clase la cond uctividad de dis tin tas sus ta ncias. Com pleta la siguien te tabla y explica la ra zón de su con d uctividad o no cond uctividad Sustancia Tipo de sus tancia Cond uce o no la corrien te Sacarosa Sacarosa disuelta en agua NaCl sólido NaCl disuelto en agua Diaman te Metales Los m e tales son con d uctores de la corrien te po rque poseen electrones, cargas negativas, con liber tad de m ovimiento. Se p ue den m over po r todo el m e tal. Apar te de los m e tales, solo son con d uctores de la corriente eléctrica los ................................................................ cuan do es tán en .............................................................. Su con d uctividad se debe a la existencia de ............................................, pa r tículas con carga, que en ............................................ se p ue den m over libre men te. Los com p ues tos iónicos en es ta do sólido no con d ucen la corrien te po rque sus iones no se p ue den m over. Las sus tancias m oleculares no cond ucen la corrien te porq ue es tán for ma das po r ......................................., y és tas son .................................... Las su tancias covalentes reticulares no con d ucen la corrien te po rque en ellas no hay pa r tículas con carga q ue se p ue dan m over po r el sólido. 16
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