Los materiales con enlaces metálicos son buenos conductores de calor y electricidad. Son elásticos y maleables debido a los fuertes enlaces entre los átomos. Se usan en aplicaciones como empastes dentales, recubrimientos para piezas metálicas y recubrimientos de aceros.

1. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Propiedades de los materiales con enlaces metálicos, como los metales:
Buenos conductores de calor y electricidad.
Son elásticos, por que los enlaces entre átomos son fuertes.
Son maleables. Es decir se pueden hacer láminas muy delgadas.
Tiene buena ductibilidad La ductibilidad es la capacidad que
ductibilidad.
tienen los materiales de ser estirados sin romperse o formar hilos.
Son tenaces es decir es difícil de ser fracturados.
Son muy blandos, se rayan con facilidad.
cDr. Jesús Moreno Moreno

2. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Aplicaciones de enlaces metálicos:
En medicina para empastes para dientes.
Industria automotriz en pinturas para recubrir piezas metálicas y
evitar oxidación.
cDr. Jesús Moreno Moreno

3. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Industria mecánica, recubrimientos de aceros para alta dureza.
cDr. Jesús Moreno Moreno

4. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Covalente
La configuración de electrones estables se alcanza mediante la búsqueda de electrones
entre átomos adyacentes.
Dos átomos que tienen enlace covalente, forman el enlace mediante la contribución de
q
un electrón por átomo.
l
La búsqueda de electrones para formar el enlace pueden considerarse como si
pertenecieran al átomo.
Molécula del
metano CH4.
CH
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5. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Covalente
El número de enlaces covalentes posibles para un átomo en particular es
determinado por el número de electrones de valencia.
Para N’ electrones d valencia, un á
’ l de l átomo puede tener como máximo 8‐N’
d á ’
enlaces covalentes
Ejemplo el Cl tiene N’ = 7 y 8 – N’ = 1 lo que significa que el átomo de
N N 1,
cloro solo puede enlazar a otro átomo.
Algunos elementos que ti
Al l t tienen enlaces covalentes son el silicio, germanio,
l l t l ili i i
carbono, diamante etc.
cDr. Jesús Moreno Moreno

6. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Covalente
Los enlaces covalentes pueden ser muy fuertes, como en el
diamante, tienen una temperatura elevada para fundir el
material, >3550 °C o ser muy débil como sucede con el
bismuto, el cual se funde a 270 °C.
Los materiales polímeros se caracterizan por tener este
enlace. La estructura molecular básica a lo largo de la cadena
de átomos de carbono.
cDr. Jesús Moreno Moreno

7. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Enlace Covalente
Los materiales con enlace covalente se caracterizan por que los enlaces se
L i l l l i l l
forman compartiendo los electrones de valencia entre dos o mas átomos.
Por ejemplo un átomo de silicio que tiene valencia 4 llena su capa externa con
j p q p
8 electrones compartiendo los propios con otros 4 electrones de otros átomos
de silicio. ‐
‐ + ‐
Enlace covalente
‐ ‐ ‐ ‐ ‐
‐ + ‐ ‐
‐ + ‐ ‐ + + ‐
‐
‐ ‐ ‐
‐ ‐
Átomo de silicio
Át d ili i
‐ + ‐
cDr. Jesús Moreno Moreno
‐

8. 2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Cada uno de los casos en q se comparten electrones representa un
que p p
enlace covalente por lo que cada átomo de silicio esta enlazado a cuatro
átomos vecinos por cuatro enlaces covalentes.
Para que se formen los enlaces covalentes los átomos de silicio deben
de estar orientados, es decir, que los enlaces tengan una relación
direccional específica entre sí.
p
Se forma una relación direccional cuando los enlaces entre los átomos
de un material con enlace covalente forman ángulos específicos, que
dependen del material.
cDr. Jesús Moreno Moreno

9. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Los enlaces covalentes son direccionales.
En el caso del silicio este ángulo produce un tetraedro con ángulos de
109.5° entre los enlaces covalentes.
cDr. Jesús Moreno Moreno

10. Ti d E l Ató i
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Los enlaces covalentes son direccionales.
cDr. Jesús Moreno Moreno

11. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
En algunos de estos materiales como el silicio se pueden obtener
valores controlados de conductividad eléctrica introduciendo en forma
deliberada concentraciones de otros elementos llamados dopantes.
electrón
‐ Si ‐ ‐ extra
‐ Si
‐ ‐ ‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐ ‐
‐ Si ‐ ‐ ‐
‐ Si Si ‐ ‐ Si P ‐ Si ‐
‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐ ‐ ‐
‐ Si ‐ ‐ Si ‐
‐ ‐
Silicio: Valencia 4 Fosforo: Valencia 5
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12. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Ejemplo: Suponiendo que el óxido de silicio tiene un enlace 100%
covalente, describa como están unidos los átomos de oxígeno y
covalente
silicio que lo forman.
Solución:
El silicio tiene valencia 4 y comparte 4 electrones con 4 átomos de
oxígeno, lo que da un total de 8 electrones por cada átomo de silicio.
g q p
El oxígeno tiene valencia 6 y comparte 2 electrones con 2 átomos de
silicio para que el oxígeno tenga un total de 8 electrones
También
T bié se produce una estructura tetraédrica como l d l silicio.
d éd i la del ili i
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13. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Estructura del óxido de silicio (SiO2).
‐
‐ ‐ Estructura tetraédrica SiO2
O Silicio: Valencia 4
‐ ‐
‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
‐ O ‐ ‐ ‐
‐ S
Si O ‐ Si ‐
‐
‐ ‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐
‐ ‐
O
‐ ‐
‐
Oxigeno: Valencia 6
g
cDr. Jesús Moreno Moreno

14. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Ejercicio de participación:
Suponiendo que el cloro y el silicio tiene un enlace
100% covalente, describa como están unidos los
átomos de silicio (número atómico 14) y los
átomos de cloro (número atómico 17) que lo
forman.
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15. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Propiedades de los materiales con enlaces covalentes:
Los enlaces covalentes son los enlaces más fuertes, en consecuencia los
materiales con enlaces covalentes son muy duros.
Por ejemplo el diamante (C), el carburo de silicio (SiC), el nitruro
Por ejemplo el diamante (C) el carburo de silicio (SiC) el nitruro de
silicio (Si3N4) y nitruro de boro (BN) tienen enlace covalente.
Estos materiales tienen puntos de fusión muy altos, lo que significa que
p y , q g q
pueden ser muy útiles en aplicaciones de alta temperatura.
Los materiales con este tipo de enlace tienen ductibilidad reducida a
causa de la direccionalidad de los enlaces.
causa de la direccionalidad de los enlaces
La conductividad eléctrica de estos materiales no es alta, por lo que los
j y
electrones de valencia están fijos en los enlaces entre átomos y no están
disponibles para la conducción.
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16. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Enlace Iónico
Cuando en un material existe más de una clase de átomos, unos pueden
donar sus electrones de valencia a otros distintos para llenar la capa
externa de energía de la segunda clase de átomos.
Los dos átomos tienen llenos o vacíos sus niveles externos de energía,
pero los dos han adquirido una carga eléctrica y se comportan como
iones.
iones
El átomo que aporta electrones se queda con una carga positiva neta y
se llama catión.
El átomo que acepta electrones se queda con una carga negativa neta y
se llama anión.
cDr. Jesús Moreno Moreno

17. 2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Entonces los iones con carga opuesta son atraídos entre sí y producen el
e ace ó co.
enlace iónico.
Por ejemplo, la atracción entre los iones de cloro y de sodio producen el
cloruro de sodio (NaCl).
Cl (No. At. 17):
( 7)
Na (No. At. 11):
Na (No At 11):
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s1
Valencia 1 ‐ Valencia 7
‐ ‐
‐ ‐ ‐ ‐ ‐
‐ ‐
‐ ‐
‐ ‐
‐ ‐
Na Cl
‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐
‐
cDr. Jesús Moreno Moreno

18. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Cuando el sodio cede su electrón de valencia al cloro, ambos se transforman en
iones , se desarrolla una atracción y se forma un enlace iónico.
+ Ion Cl‐
Ion Na
‐
‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐ ‐
‐ ‐
‐ ‐
‐ ‐
‐ ‐
Na Cl
‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐ ‐ ‐
‐ ‐ ‐
‐
cDr. Jesús Moreno Moreno

19. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Compuesto Iónico
Los sólidos iónicos están formados por iones unidos por fuerzas eléctricas intensas
(enlaces iónicos) entre iones contiguos con cargas opuestas (cationes y aniones).
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20. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Las fuerzas atractivas de enlace son coulombicas, por los iones positivos
y negativos, en virtud a su carga eléctrica neta, se atraen entre ambos.
ti i t d lé t i t t t b
Para los dos iones la energía atractiva es EA.
Donde la constante A esta dada por.
Donde ε0 es la permitividad del vació, Z1 y Z2 son las valencias de los dos
elementos y e es la carga del electrón .
l l d l l ó
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21. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Ejemplo: Describa el enlace iónico entre el magnesio (número atómico
12) y el cloro (número atómico 17).
Solución:
Las estructuras electrónicas y las valencias son:
L t t l t ó i l l i
Mg: 1s22s22p6 3s2 Valencia=2
Cl: 1s22s22p63s2 3p5 Valencia=7
Cada átomo de magnesio cede sus 2 electrones de valencia y se
transforma en un ión Mg2+ .
g
Cada átomo de cloro acepta un electrón y se transforma en un ión Cl‐.
Para satisfacer el enlazamiento iónico debe haber doble cantidad de
iones cloro que de iones de magnesio. Y se forma el compuesto MgCl2.
cDr. Jesús Moreno Moreno

22. 2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Dado el carácter de no direccional, cada Ion tiende a rodearse del
máximo número de otros iones de signo contrario.
¿De cuantos aniones puede rodearse un catión?
O dicho de otro modo...
Número de coordinación: numero de iones que rodean a otro de
signo contrario
cDr. Jesús Moreno Moreno

23. 2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
El número de coordinación depende de los tamaños relativos de los
p
iones coordinados.
El tamaño relativo se expresa como la relación de radios entre el
radio del Catión y el radio del Anión expresado en Angstrom.
cDr. Jesús Moreno Moreno

24. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Ejemplo: ClNa
RCl = 1.81 A.
RNa = 0.99 A.
RNa/RCl = 0 54
= 0.54
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25. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Propiedades de los materiales con enlaces iónicos:
Los enlaces iónicos se rompe con facilidad, generalmente basta disolver
L l ió i f ilid d l t b t di l
la sustancia.
Como ejemplo el NaCl que se disuelve en agua.
j p q g
En una solución, los compuestos iónicos fácilmente conducen
electricidad.
Los compuestos iónicos tienden a formar sólidos cristalinos con
temperaturas muy altas.
La conductividad eléctrica es muy baja, debido que los iones no se
L d i id d lé i b j d bid l i
mueven con tanta facilidad como los electrones.
cDr. Jesús Moreno Moreno

26. 2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Aplicaciones de los materiales con enlaces iónicos:
Se utilizan en baterías, como las baterías de iones de litio, donde se
usan óxido de litio y cobalto.
y
Recubrimientos conductores de óxido de indio y estaño para el vidrio
en las pantallas sensibles al tacto.
Celdas de combustible sólidas de óxido, basadas en circonia (ZrO2).
cDr. Jesús Moreno Moreno

27. d l
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Iónico y Enlace Covalente
cDr. Jesús Moreno Moreno 47

28. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
2 2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace de van der Waals
El enlace van der Waals es un enlace secundario y es físicamente débil
comparado con l enlaces primarios (
d los l i i (metálico, covalente e ió i )
áli l iónico).
Los enlaces secundarios existen virtualmente en todas las moléculas,
pero su presencia puede ser opacada por alguno de los enlaces
primarios.
Los enlaces secundarios se encuentran en los gases nobles, los cuales
tienen estructuras de electrones estables y en moléculas formadas por
enlaces covalentes.
cDr. Jesús Moreno Moreno

29. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace de van der Waals
Si dos cargas eléctricas +q y –q están separadas una distancia d, se
Si dos cargas eléctricas +q y q están separadas una distancia d se
forma un dipolo.
Un dipolo puede ser creado o inducido en un átomo o molécula que
p p q
tiene simetría eléctricamente.
Cuando un átomo neutro esta expuesto a un campo eléctrico interno
o externo se polariza, es decir se separan los centros de carga positiva
y negativa. Esto crea o induce un momento dipolar.
cDr. Jesús Moreno Moreno

30. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
En algunas moléculas no es necesario inducir el momento dipolar ya
que éste existe debido a sus enlaces internos, a estas moléculas se les
llama moléculas polares.
ll lé l l
Los átomos o moléculas que tienen un momento dipolar inducido o
permanente se atraen entre sí.
Las fuerzas de atracción se llaman fuerzas de van der Waals.
Las fuerzas de van der W l entre átomos y moléculas se deben a
L f d d Waals t át lé l d b
interacciones entre los dipolos inducidos o permanentes.
Este tipo de fuerzas existen en todos los materiales.
ste t po de ue as e ste e todos os ate a es.
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31. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Ejemplo de un dipolo inducido y de una molécula polar.
Dipolo Inducido
Molécula Polar.
cDr. Jesús Moreno Moreno

32. i d l ó i
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
El cloruro de hidrógeno es un compuesto químico de
fórmula HCl, formado por un átomo de cloro unido a
uno de hidrógeno. A condiciones normales de presión
y temperatura es un gas más denso que el aire. Es un
compuesto tóxico, corrosivo, de olor picante y
sofocante.
sofocante
cDr. Jesús Moreno Moreno

33. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
p
Hay 3 clases de interacciones de van der Waals:
Fuerzas de London:
Son interacciones entre dipolos inducidos en átomos o
moléculas, como ejemplo está el tetracloruro
moléculas como ejemplo está el tetracloruro de
carbono.
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34. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Interacción de Debye:
Es cuando un átomo o molécula con dipolo inducido
interacciona con otra molécula que tiene un dipolo
permanente.
Un ejemplo de éste tipo son las fuerzas entre moléculas
de agua y moléculas de tetracloruro de carbono.
g y
cDr. Jesús Moreno Moreno

35. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Interacciones de Keesom
Si las interacciones son entre moléculas polares permanentes.
Un ejemplo son las moléculas de agua que se atraen entre sí.
En las moléculas de agua los electrones del oxígeno tienden a
concentrarse en un lugar alejado del hidrógeno. La diferencia de
carga que resulta permite que la molécula se una débilmente con
otras moléculas de agua.
cDr. Jesús Moreno Moreno

36. Ti d E l A ó i
2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Los enlaces de van der Waals son enlaces secundarios , pero los
átomos dentro de la molécula o del grupo de átomos están unidos
por fuertes enlaces covalentes o iónicos.
Por ejemplo al calentar el agua hasta su punto de ebullición se
rompen los enlaces de van der Waals y el agua se transforma en
vapor.
Pero se necesitan t
P it temperaturas mucho mayores para romper l
t h los
enlaces que unen los átomos de oxigeno e hidrógeno.
cDr. Jesús Moreno Moreno

37. 2.2 Tipos de Enlaces Atómicos
Enlace Mixto
En la mayoría de los materiales, el enlace entre los átomos es una mezcla
de dos o más tipos de enlaces.
Por ejemplo el hierro está enlazado con una combinación de enlaces
metálico y covalente.
Los compuestos formados por 2 o más metales (compuestos
intermetálicos) se pueden unir con una mezcla de enlaces metálicos y
iónicos, en especial cuando hay una diferencia de electronegatividades
de los elementos.
Por ejemplo el Li tiene una electronegatividad de 1.0 y en el Al es de 1.5,
así el Al Li tiene una combinación de enlace metálico e iónico.
cDr. Jesús Moreno Moreno

38. 2 4 Clasificación de Materiales
2.4 Clasificación de Materiales
Las propiedades físicas de los materiales, tales como la temperatura
de fusión, la conductividad eléctrica, resistencia, dureza, etc.,
depende de las características de las fuerzas de enlace.
Los sólidos iónicos, como las sales, son duros y a la vez frágiles, con
puntos de fusión altos. Aunque son malos conductores de la
electricidad.
Las características del enlace metálico con una nube de electrones
externos compartidos hace que los materiales metálicos sean buenos
conductores de electricidad y de calor, dúctiles y maleables, aunque
, , q
con elevados puntos de fusión.
cDr. Jesús Moreno Moreno

39. 2 4 Clasificación de Materiales
2.4 Clasificación de Materiales
Los cerámicos están formados por una red tridimensional de enlaces
covalentes que dan lugar a propiedades tales como elevados puntos
l d l i d d l l d
de fusión, baja conductividad y dureza extraordinaria. El diamante
que es carbono puro cristalizado, constituye un ejemplo de este tipo
de sólidos.
Los polímeros formados por moléculas que contienen átomos de C,
H, Cl, F, etc., son blandos como corresponde a la debilidad de las
fuerzas de interacciones entre ellas (fuerzas de van der Waals).
Presentan un punto de fusión de bajo y su conductividad eléctrica es
extremadamente baja como corresponde a la ausencia de cargas
libres).
libres)
cDr. Jesús Moreno Moreno

40. 2.3 Energía de Enlace
3 g
Los materiales que tienen una energía de enlace grande también
tienen una resistencia y una temperatura de fusión altas.
Los materiales con enlace iónico tiene una energía de enlace
especialmente grande por la gran diferencia en electronegatividades de
los iones.
Los metales tienen menores energías de enlace, porque las
electronegatividades de los átomos son semejantes.
cDr. Jesús Moreno Moreno

41. 2 4 Clasificación de Materiales
2.4 Clasificación de Materiales
cDr. Jesús Moreno Moreno

42. 2.4 Clasificación de Materiales
1eV = 1.602176462 × 19
1eV 1 602176462 × 10‐19 J
cDr. Jesús Moreno Moreno