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Enlaces químicos
Química 1




        UNIDAD DE COMPETENCIA 6



                     ENLACES QUÍMICOS




  UNIDAD DE COMPETENCIA 6: Identificará los diferentes modelos de enlaces
  químicos, para entender el comportamiento de las sustancias.




     ¿Qué vas a aprender a hacer?



   1. Representación de enlaces químicos mediante la construcción de
      moléculas.
   2. Ejercicios de representación puntual o de Lewis.
   3. Identificación del tipo de enlace, haciendo uso de la tabla de
      electronegatividades.




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                    “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
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Importancia del enlace químico.

Cuándo hacemos leche en polvo, o cuando le echamos azúcar al té,
¿desaparece la leche o el azúcar? Claro que no, uno respondería que estos se
están disolviendo en el agua. Pero en realidad, ¿Qué sucede? ¿Por qué
sucede? Son hechos tan comunes que se nos olvida hacernos estas
preguntas. En realidad lo que sucede es que la leche y el azúcar son solutos,
que serán disueltos en un solvente como el agua. Pero ¿qué es lo que en
realidad sucede? ¿Qué son los solutos y los solventes? Bueno estas
preguntas serán respondidas en este informe.

Este informe habla de enlaces y soluciones, pero, para entenderlos hay que
empezar por conocer el significado de estas palabras, para luego poder pasar
a un lenguaje más técnico. Enlace significa unión, un enlace químico es la
unión de dos o más átomos que se han unido con un solo fin, alcanzar la
estabilidad, tratar de parecerse al gas noble más cercano, para la mayoría de
los elementos alcanzar ocho electrones en su último nivel. Las soluciones son
mezclas homogéneas, no se distinguen sus componentes como separados,
entre al menos dos reactantes un soluto, que es él que será disuelto, y un
solvente, que es él que disolverá al soluto.

¿Qué mantiene unidos a los átomos?

Un concepto básico en química es el estudio de cómo los átomos forman
compuestos. La mayoría de los elementos que conocemos existen en la
naturaleza formando agrupaciones de átomos iguales o de distintos tipos,
enlazados entre sí.
Todos los compuestos están constituidos por dos o más átomos de un o más
elementos diferentes, unidos entre sí por enlaces ya sean estos iónicos o
covalentes.




                                                                           91
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Hasta ahora hemos considerados a los átomos como corpúsculos aislados,
pero realmente en su gran mayoría se encuentran unidos con otros átomos de
la misma especie, formando las moléculas de sustancias llamadas elementos
o con otros de distinta especie formando moléculas de compuestos.

Las fuerzas que mantienen unidos a los átomos para formar moléculas, recibe
el nombre de enlace químico.

Estas fuerzas son de carácter eléctrico y en ellas intervienen, para los
elementos representativos, los electrones periféricos que forman los orbitales
“s” y “p”, para los de transición, también los electrones de los orbitales “d”, y
para los de transición interna, los de los orbitales “f”, A estos electrones se les
llama electrones de valencia.

En el proceso de transferencia o compartición de electrones para formar un
enlace, siempre intervienen cambios de energía, los cuales se manifiestan en
forma de calor y son susceptibles de medirse; esta manifestación energética
también se presenta cuando se rompe un enlace.

A la cantidad de energía que se requiere para formar o romper un enlace, se le
conoce como energía de enlace.

Otro aspecto interesante en los enlaces, es la distancia entre los átomos que
se encuentran unidos. Esta longitud de enlace es específica para los distintos
pares atómicos unidos.

En forma general, los enlaces se pueden clasificar como: atómicos y
moleculares.




                                                                                92
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   Tipo de          Tipo de     Ejemplo de              Propiedades
   enlace          estructura   estructura             características
                                               Sólidos cristalinos.
                                               Puntos de fusión elevados.
Enlace iónico
                                               Puntos de ebullición elevados.
                       Red                     Solubles en agua.
                     iónica                    Conducen la electricidad
                                 Cloruro de
                                               fundidos o en disolución.
 Ejemplo: KCl                   potasio, KCl
                                               No conducen la electricidad en
                                               estado sólido.
   Enlace                                      Fundamentalmente líquidos y
  covalente                                    gases.
                   Moléculas                   Puntos de fusión bajos.
                    simples                    Puntos de ebullición bajos.
                                Metano, CH4    Insolubles en agua.
Ejemplo: CH4                                   No conducen la electricidad.
                                               Sólidos.
                                               Puntos de fusión elevados.
                   Moléculas
                                               Puntos de ebullición elevados.
                   gigantes
                                               La solubilidad y conductividad
  Ejemplo: C                    Diamante, C    varían de una sustancia a otra.
   Enlace
   metálico                                    Sólidos cristalinos.
                                               Puntos de fusión elevados.
                    Red
                                               Puntos de ebullición elevados.
                   metálica
                                  Plata, Ag    Insolubles en agua.
                                               Dúctiles y maleables.
 Ejemplo: Ag

Esta Tabla Ejemplifica Los Tipos De Enlace




Tipos de enlace: Electrovalente, covalente y metálico.

         ENLACE ELECTROVALENTE O IÓNICO

También llamado enlace iónico ocurre cuando hay transferencia completa de
electrones de un átomo a otro.

El átomo que pierde electrones se transforma en ion positivo o catión, y el que
acepta se convierte en ion negativo o anión. El número de electrones perdidos
o ganados determina la valencia del elemento.

                                                                            93
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La fuerza de atracción de iones de distinta carga es de carácter electrostático y
por eso el enlace también se llama electrovalente.

En el enlace electrovalente los electrones se transfieren de un átomo a otro en
proporción variable, dependiendo de la energía de ionización, y la afinidad
electrónica y fundamentalmente de la electronegatividad.




Se forma por la transferencia de uno o varios electrones de un elemento
metálico (poco electronegativo) a uno no metálico (muy electronegativo); por
ejemplo: en la formación del cloruro de sodio intervienen el sodio (metal) que
es un elemento del grupo uno y con electronegatividad de 0, 9, el cloro (no
metal) que es un elemento del grupo VII y con electronegatividad de 3,0.



            H                                                                                               He
       1
           2.1
            Li   Be                                                              B     C     N     O     F Ne
       2
           1.0   1.5                                                            2.0   2.5   3.0   3.5   4.0
           Na    Mg                                                             Al     Si    P     S     Cl Ar
       3
           0.9   1.2                                                            1.5   1.8   2.1   2.5   3.0
            K    Ca    Sc  Ti    V    Cr    Mn    Fe    Co    Ni    Cu    Zn    Ga    Ge    As    Se     Br Kr
       4
           0.8   1.0   1.31.5   1.6   1.6   1.5   1.8   1.9   1.8   1.9   1.6   1.6   1.8   2.0   2.4   2.8
           Rb    Sr     Y Zr    Nb    Mo    Tc    Ru    Rh    Pd    Ag    Cd     In   Sn    Sb    Te      I Xe
       5
           0.8   1.0   1.21.4   1.6   1.8   1.9   2.2   2.2   2.2   1.9   1.7   1.7   1.8   1.9   2.1   2.5
           Cs    Ba       Hf    Ta    W     Re    Os     Ir   Pt    Au    Hg     Tl   Pb     Bi   Po     At Rn
       6               Lu
           0.7   0.9      1.3   1.5   1.7   1.9   2.2   2.2   2.2   2.4   1.9   1.8   1.9   1.9   2.0   2.2
           Fr    Ra    Lr Rf    Db    Sg    Bh    Hs    Mt    Ds    Uuu   Uub   Uut   Uuq   Uup   Uuh   Uus Uuo
       7
           0.7   0.9




                                                                                                                  94
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    Tabla periódica de la electronegatividad usando la escala de Pauling
a) Na + Cl            NaCl
     Na             Na+ + 1e-
 1s2 2s2 2p6 3s1 = Na+ (catión)


             ++

         +
b)   +   Cl + 1e-                  Cl- (anión)
             ++
                          ++              ++

     Na+ + +Cl++                   Na +Cl++
                     ++              ++


Energia de enlace = -98.3 Kcal
Diferencia de electronegatividad = 2.1


El enlace iónico se forma entre átomos cuya diferencia de electronegatividad
sea en promedio 1.7 o mayor.

Características del enlace electrovalente.

             •En los compuestos electrovalentes las temperaturas de fusión y de
             ebullición son elevadas.
             •Los compuestos electrovalentes conducen la corriente eléctrica fundidos
             en solución acuosa.
             •Cuando se efectúa la síntesis de un compuesto electrovalente a partir de
             sus elementos, hay gran desprendimiento de calor.

Las principales propiedades de los compuestos iónicos son los
siguientes:
      Forman cristales geométricos.
      Presentan los puntos de fusión.
      La mayoría de los compuestos iónicos son muy solubles en agua.
      Son electrolitos fuertes, es decir, cuando se disuelven en agua o se
                  funden, son muy buenos conductores de la corriente.
                  Un par de electrones compartidos está en el centro, a igual distancia de
                  cada núcleo.

                                                                                       95
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   Las propiedades de las sustancias con este tipo de enlace son las
   siguientes:

    Son moléculas.
    Tienen actividad química media.
    Tienen baja solubilidad en agua.
    No son conductores del calor o la electricidad.
    Estado físico gaseoso, aunque pueden existir como sólidos o líquidos.

           ENLACE COVALENTE

Se efectúa entre elementos de alta electronegatividad, es decir, entre no
metales.

El enlace covalente es posible explicarlo en base a dos conceptos: el concepto
de Lewis y el del orbital molecular. Lewis establece que en la formación del
enlace covalente, lo átomos que se unen comparten uno o más pares de
electrones obteniendo así su configuración electrónica estable.

Ejemplos:    O     + O            O       O
             H.    +   +
                        H        H.   +
                                          H


El concepto del orbital molecular, establece que el enlace covalente se forma
por la superposición de dos orbitales atómicas completos.



Ejemplo:     ^     +       ^          ^       ^          ^
                                                         ^


                   Enlace covalente puro del hidrógeno




                                                                             96
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Se distinguen tres tipos de covalencia: polar, no polar y coordinado:


a)    ENLACE COVALENTE NO POLAR


Se observan cuando dos átomos de un mismo elemento se unen para formar
una molécula verdadera, sin carga eléctrica, simetría y cuya diferencia de
electronegatividad es cero; por ejemplo:


              H      +    +H         H      +H
              H      +      H        H2
                     +
               1s1       1s1


        Estas sustancias presentan las siguientes propiedades:
      Tienen gran actividad química.
      Son solubles en solventes polares.
      En solución acuosa, son conductores de la electricidad.
      Sus puntos de fusión y ebullición son bajos, pero más altos que los de
        las sustancias no polares.


b)     ENLACE COVALENTE POLAR


Se forma cuando se unen dos átomos no metálicos de diferente
electronegatividades; comparten electrones pero la nube electrónica se
deforma y se ve desplazada hacia el átomo de mayor electronegatividad,
originando polos en la molécula. Uno de los polos presenta carga parcial
positiva y el otro queda con carga parcial negativa.

                                                                                97
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Ejemplo:




Molécula de HCl




En general la diferencia de electronegatividad es menor a 1.7. Existen algunos
casos como el HF que se considera iónico propiamente, pero es covalente por
ser de dos átomos metálicos que se unen; por ejemplo: formación del ácido
fluorhídrico y clorhídrico.



               Hx     +    F              H   F    s-
                                         s+
               Hx     +   Cl              H   Cl




                               s+   s-


Otras sustancias con este tipo de enlace son H2O, HBr, PCl3, SO3, H2SO4.

Según este modelo, una red ordenada de iones metálicos cargados
positivamente está rodeado de electrones que se pueden mover libremente, la
fácil movilidad del “gas de electrones”, es la responsable de la buena
conductibilidad electrónica y térmica de los metales.



c)   ENLACE COVALENTE COORDINADO



                                                                           98
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Este enlace consiste en la compartición de un par de electrones entre dos
átomos, donde dicho par es proporcionado por uno de los elementos
enlazados. En la representación de un compuesto empleando fórmulas
desarrolladas el enlace covalente coordinado se índica mediante una flecha
apuntando hacia quién recibe el par electrónico de enlace, el H2SO4 y el HNO3
presentan este tipo de enlace.




Se puede observar como se han indicado los electrones de valencia de cada
elemento con distinto color así por ejemplo los del hidrógeno en negro los del
oxígeno en rojo y los del nitrógeno y azufre en azul de manera que cuando el
enlace esta formado por un par de electrones de un mismo color es que un
elemento los proporciono y esto ejemplifica el covalente coordinado.

La coordinación de los electrones entre átomos, o bien, de qué átomos a qué
átomos van los electrones compartidos, se indica mediante una flecha. En los
ejemplos anteriores se ve que los electrones van del azufre al oxígeno y del
nitrógeno al oxígeno.


Características del enlace covalente.

En enlace covalente es más común entre átomos de la misma especie o entre
especies semejantes, esto es, los átomos con electronegatividades iguales
(mismo elemento) o ligeramente diferentes, pueden formar moléculas
compartiendo uno o más pares de electrones.

Como propiedades asociadas al enlace covalente podemos mencionar las
siguientes:

                                                                           99
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          •   Es muy fuerte y se rompe con dificultad.
          •   Si la diferencia de electronegatividades entre los 2 átomos es
              marcada, tenemos un enlace polar y se favorecerá la solubilidad
              de la sustancia en solventes polares. Ejemplo: un enlace O-H
          •   Si la diferencia de electronegatividades es poca, tenemos un
              enlace no polar y se favorecerá la solubilidad de la sustancia en
              solventes no polares. Ejemplo: un enlace C-H o C-C
          •   En los compuesto covalentes las temperaturas de fusión y
              ebullición son bajas
          •   Los compuestos covalentes no conducen la corriente eléctrica.
          •   El calor de formación de los compuestos covalentes es más bajo
              que el de los compuestos electrovalentes.

Los ejemplos de los enlaces covalentes que hasta ahora hemos visto, son
simple, es decir, por cada dos átomos que se combinan hay un par de
electrones compartidos (un enlace).

Sin embargo, algunos átomos sólo pueden alcanzar su configuración
electrónica estable (octeto), cuando comparten más de un par de electrones
entre ellos.

Si los átomos comparten dos partes de electrones, están unidos por un doble
enlace.

Ahora bien, si los átomos comparten tres pares de electrones, están unidos por
un triple enlace.

Hasta ahora hemos analizado la formación de enlaces sencillos, es decir
aquellos en que se comparten un solo par de electrones entre los átomos,
como en el hidrógeno. Alguno elementos del sistema periódico tienen la
particularidad de poder establecer uniones covalentes en las que se comparten
varios electrones formándose enlaces covalentes múltiples. Este es el caso,
por ejemplo, de las moléculas de oxígeno y nitrógeno. En efecto, el oxígeno es
un elemento que se encuentra en la sexta columna del sistema periódico por lo
que tiene seis electrones de valencia y le faltan dos para completar el octeto.




                                                                             100
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Enlaces químicos
Química 1




        ENLACE METÁLICO

Se presenta en los metales y aleaciones al construir cristales metálicos. El
enlace es una red cristalina de iones metálicos, elementos muy electropositivos
en donde los electrones de valencia se intercambian muy rápidamente. Como
ejemplo de sustancias que lo presentan se tiene a todos los metales,
aleaciones como los aceros, amalgamas de mercurio, cobre y sus aleaciones.

El modelo establecido para explicar el enlace metálico también es coherente
con otras propiedades características de los metales como, por ejemplo, la
posibilidad de deformación sin que se produzca la rotura del cristal (como
ocurre en los sólidos iónicos) ya que la deformación del cristal supone
únicamente un desplazamiento de los planos de la red que conduce a una
nueva situación que apenas se diferencia en nada de la anterior. En las figuras
siguientes se pueden diferenciar de forma simple estos fenómenos:




                         ⊕-⊕-⊕-⊕-⊕
                          ⊕-⊕-⊕-⊕
                         ⊕-⊕-⊕-⊕-⊕-          Red ordenada de iones metálicos
                         ⊕-⊕-⊕-⊕

El enlace metálico es un enlace que ocurre entre los átomos de metales y
tiene características muy específicas. Consiste en un conjunto de cargas
positivas que son los kernels de los átomos metálicos y los electrones
periféricos pertenecen a todos los cationes, es decir, los átomos se encuentran
unidos entre sí por una nube de electrones de valencia que rodea a los Kernel.

Características de enlace metálico

En el enlace metálico los electrones pueden moverse en todos los sentidos y
esto diferencia al enlace metálico del enlace covalente, ya que en este último
los electrones están situados en posición rígida.

                                                                           101
                    “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
Enlaces químicos
Química 1


Debido a la gran movilidad de los electrones de valencia, los metales son
buenos conductores de la electricidad y el calor. También y debido a esta
movilidad, los metales presentan brillo. La ductibilidad y maleabilidad de los
metales, son explicables por esta movilidad electrónica.



Ejercicios: subraya la respuesta correcta.

1. Al combinarse los átomos de potasio (un metal alcalino) con los átomos de
bromo (un no metal del grupo de los halógenos), lo más probable es que entre
ellos se establezca:

   a)   Enlace covalente
   b)   Enlace metálico
   c)   Enlace por puentes de hidrógeno
   d)   Enlace iónico



2. Un sólido metálico está formado por:

   a.   Iones positivos y negativos
   b.   Iones positivos y una nube de electrones
   c.   Iones negativos y una nube de electrones
   d.   Átomos neutros que comparten electrones

3. ¿Cuál será la clase de enlace químico más probable que puede establecerse
entre los átomos de los siguientes elementos?

   a.   Hierro-hierro:
   b.   Cloro-magnesio:
   c.   Carbono-oxígeno:
   d.   Flúor-flúor:
   e.   Neón-neón

4. Señala cuáles de los siguientes compuestos serán de tipo iónico:

   a.   CaO (óxido de calcio).
   b.   O2 (oxígeno).
   c.   NaF (fluoruro de sodio).
   d.   N2O (óxido de dinitrógeno).
   e.   NH3 (amoníaco).

5. De los sólidos siguientes, marca los que son muy solubles en agua:

   a. Cobre (Cu).
                                                                          102
                      “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
Enlaces químicos
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   b.   Cuarzo (SiO2).
   c.   Fluorita (CaF2).
   d.   Hierro (Fe).
   e.   Silvina (KCl).




Regla del octeto y símbolos electrónicos de Lewis.

La regla del octeto, enunciada en 1916 por Walter Kossel y Gilbert N. Lewis,
estableces que al formarse un enlace químico los átomos ganan, pierden o
comparten electrones para lograr una estructura electrónica estable similar a la
de un gas raro. Esta regla se basa en el hecho de que todos los gases raros,
excepto el helio, tienen ocho electrones en su nivel energético exterior.
Ejemplifiquemos esta regla con el 11Na y el 17Cl:




                           Gilbert N. Lewis




        Los elementos químicos situados a la izquierda del sistema periódico
        son los que menos electrones han de perder para adquirir estructura


                                                                            103
                       “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
Enlaces químicos
Química 1


         electrónica de gas noble. Recordemos que el número de la columna
         donde se encuentran coincide con el número de electrones de valencia.

         De esta forma los elementos de la primera columna, sólo han de perder
         un electrón para pasar a tener 8 en el último nivel (excepto el litio que
         pasaría a tener 2, como el gas noble helio). Análogamente sucedería
         con los de las columnas II y III que tendrían que perder 2 y 3 electrones
         respectivamente.




                                               Un átomo de Sodio dona un
El héroe, el Sr. Cloro arrebata a la Srta.
                                               electrón a un átomo de Cloro para
Electrón de manos del villano, Sr. Sodio.
                                               formar los iones sodio y cloro.


En general podemos aceptar esta ley para los átomos que están a distancia de
cuatro o menos números atómicos de un gas raro, ya que pueden alcanzar
más fácilmente la configuración estable con ocho electrones. Muchos otros
átomos no siguen la regla del octeto y contienen seis, diez, doce y hasta
catorce electrones en la capa de enlace. Ej. AlF3 (6 electrones de enlace), PF5
(10 electrones de enlace).

Recordando la estructura de Lewis, es la representación de los electrones de
los orbitales por medio de puntos o cruces alrededor del Kernel o corazón del
átomo. Estas estructuras sirven para ilustrar enlaces químicos. Ejemplos: H20,
HCl, NH3, NH4Cl.



Ejercicios: Desarrollar la estructura de Lewis de los siguientes compuestos


PbO2                         CCl4                       O2
 Fe2O3                       CS2                        CO2
 BaO2                        NH3                        N2

                                                                              104
                       “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
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AlCl3                     CO2                       C2H2
CaO                       CH4                       H2
CaCl2                     H20                       NaCl
KCl                       Cl2                       H2SO4

Otros tipos de interacción química.

Hasta el momento sabes que los átomos se unen entre sí para formar
compuestos o moléculas; éstos a su vez se unirán para formar las sustancias.
Las moléculas pueden mantenerse unidas mediante enlaces denominadas
moleculares, entre ellos tenemos: fuerzas de Vander-Waals y puentes de
hidrógeno.

Fuerzas intermoleculares

También llamadas fuerzas de Van der Waals, son débiles atracciones de
carácter electrostáticos entre las moléculas.

Es el enlace más débil de todos y se debe a la deformación de la configuración
electrónica de cada átomo, provocada por la influencia del campo eléctrico de
los átomos vecinos.

Se llama también enlace residual o enlace de polarización.

Con estos enlaces se puede explicar las fuerzas de cohesión en los líquidos y
en los gases.

 Las fuerzas de Vander-Waals se presentan tanto en moléculas polares, como
no polares, o bien mezclas de éstas y pueden ser de dos tipos:




                                                                          105
                    “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
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                      Johannes Diderik Van der Waals




a) Interacción dipolo permanente-dipolo permanente:

Este tipo de fuerzas se presentan entre moléculas polares en las cuales el
centro de carga positiva o polo positivo de una atrae al centro o polo negativo
de otra.

b) Interacción dipolo permanente-dipolo inducido:

Este tipo de fuerza se presenta entre moléculas polares y no polares y se da
cuando el polo positivo de la molécula polar, atrae hacia ella los electrones
negativos de la no polar, provocando esto, que la molécula no polar se
convierta en polar de manera momentánea.

Enlace puente de hidrógeno.

Ciertos compuestos contienen en sus moléculas átomos de hidrógeno, como el
agua y el amoniaco. En estos casos el hidrógeno es atraído por dos átomos de
elementos electronegativos; con uno de ellos está unido mediante un enlace
covalente normal y con el otro por la unión especial llamada enlace de
hidrógeno o puente de hidrógeno.

El enlace de hidrógeno es de naturaleza electrostática, y su fuerza es mucho
menor que la del covalente, pero mayor que las fuerzas de Van der Waals.




                                                                           106
                    “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
Enlaces químicos
Química 1


Los dos átomos unidos mediante un puente de hidrógeno deben ser muy
electronegativos y de volumen pequeño, como el oxígeno, el nitrógeno y el
flúor.

Cuando existen enlaces o puentes de hidrógeno entre las moléculas de una
sustancia, hacen que ésta sea más fácilmente condensable de lo que podría
esperarse por el tamaño y masa de sus moléculas.

El enlace por puente de hidrógeno es básicamente una interacción dipolo
permanente-dipolo permanente y se presenta entre moléculas polares que
contienen átomos de hidrógeno enlazados a átomos altamente
electronegativos como son: F, O, N, C; de tal manera que el hidrógeno (polo
positivo) de una molécula atrae hacia él al átomo electronegativo (polo
negativo) de otra.




El enlace por puente de hidrógeno origina un comportamiento especial de las
sustancias que lo presentan entre las cuales tienes: H2O, HF, CH3-OH, DNA.




                                          ENLACES POR PUENTES DE HIDRÓGENO.
                                          EJEMPLO: EL AGUA




                                                                              107
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ENLACES QUÍMICOS

  • 1. Enlaces químicos Química 1 UNIDAD DE COMPETENCIA 6 ENLACES QUÍMICOS UNIDAD DE COMPETENCIA 6: Identificará los diferentes modelos de enlaces químicos, para entender el comportamiento de las sustancias. ¿Qué vas a aprender a hacer? 1. Representación de enlaces químicos mediante la construcción de moléculas. 2. Ejercicios de representación puntual o de Lewis. 3. Identificación del tipo de enlace, haciendo uso de la tabla de electronegatividades. 90 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 2. Enlaces químicos Química 1 Importancia del enlace químico. Cuándo hacemos leche en polvo, o cuando le echamos azúcar al té, ¿desaparece la leche o el azúcar? Claro que no, uno respondería que estos se están disolviendo en el agua. Pero en realidad, ¿Qué sucede? ¿Por qué sucede? Son hechos tan comunes que se nos olvida hacernos estas preguntas. En realidad lo que sucede es que la leche y el azúcar son solutos, que serán disueltos en un solvente como el agua. Pero ¿qué es lo que en realidad sucede? ¿Qué son los solutos y los solventes? Bueno estas preguntas serán respondidas en este informe. Este informe habla de enlaces y soluciones, pero, para entenderlos hay que empezar por conocer el significado de estas palabras, para luego poder pasar a un lenguaje más técnico. Enlace significa unión, un enlace químico es la unión de dos o más átomos que se han unido con un solo fin, alcanzar la estabilidad, tratar de parecerse al gas noble más cercano, para la mayoría de los elementos alcanzar ocho electrones en su último nivel. Las soluciones son mezclas homogéneas, no se distinguen sus componentes como separados, entre al menos dos reactantes un soluto, que es él que será disuelto, y un solvente, que es él que disolverá al soluto. ¿Qué mantiene unidos a los átomos? Un concepto básico en química es el estudio de cómo los átomos forman compuestos. La mayoría de los elementos que conocemos existen en la naturaleza formando agrupaciones de átomos iguales o de distintos tipos, enlazados entre sí. Todos los compuestos están constituidos por dos o más átomos de un o más elementos diferentes, unidos entre sí por enlaces ya sean estos iónicos o covalentes. 91 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 3. Enlaces químicos Química 1 Hasta ahora hemos considerados a los átomos como corpúsculos aislados, pero realmente en su gran mayoría se encuentran unidos con otros átomos de la misma especie, formando las moléculas de sustancias llamadas elementos o con otros de distinta especie formando moléculas de compuestos. Las fuerzas que mantienen unidos a los átomos para formar moléculas, recibe el nombre de enlace químico. Estas fuerzas son de carácter eléctrico y en ellas intervienen, para los elementos representativos, los electrones periféricos que forman los orbitales “s” y “p”, para los de transición, también los electrones de los orbitales “d”, y para los de transición interna, los de los orbitales “f”, A estos electrones se les llama electrones de valencia. En el proceso de transferencia o compartición de electrones para formar un enlace, siempre intervienen cambios de energía, los cuales se manifiestan en forma de calor y son susceptibles de medirse; esta manifestación energética también se presenta cuando se rompe un enlace. A la cantidad de energía que se requiere para formar o romper un enlace, se le conoce como energía de enlace. Otro aspecto interesante en los enlaces, es la distancia entre los átomos que se encuentran unidos. Esta longitud de enlace es específica para los distintos pares atómicos unidos. En forma general, los enlaces se pueden clasificar como: atómicos y moleculares. 92 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 4. Enlaces químicos Química 1 Tipo de Tipo de Ejemplo de Propiedades enlace estructura estructura características Sólidos cristalinos. Puntos de fusión elevados. Enlace iónico Puntos de ebullición elevados. Red Solubles en agua. iónica Conducen la electricidad Cloruro de fundidos o en disolución. Ejemplo: KCl potasio, KCl No conducen la electricidad en estado sólido. Enlace Fundamentalmente líquidos y covalente gases. Moléculas Puntos de fusión bajos. simples Puntos de ebullición bajos. Metano, CH4 Insolubles en agua. Ejemplo: CH4 No conducen la electricidad. Sólidos. Puntos de fusión elevados. Moléculas Puntos de ebullición elevados. gigantes La solubilidad y conductividad Ejemplo: C Diamante, C varían de una sustancia a otra. Enlace metálico Sólidos cristalinos. Puntos de fusión elevados. Red Puntos de ebullición elevados. metálica Plata, Ag Insolubles en agua. Dúctiles y maleables. Ejemplo: Ag Esta Tabla Ejemplifica Los Tipos De Enlace Tipos de enlace: Electrovalente, covalente y metálico. ENLACE ELECTROVALENTE O IÓNICO También llamado enlace iónico ocurre cuando hay transferencia completa de electrones de un átomo a otro. El átomo que pierde electrones se transforma en ion positivo o catión, y el que acepta se convierte en ion negativo o anión. El número de electrones perdidos o ganados determina la valencia del elemento. 93 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 5. Enlaces químicos Química 1 La fuerza de atracción de iones de distinta carga es de carácter electrostático y por eso el enlace también se llama electrovalente. En el enlace electrovalente los electrones se transfieren de un átomo a otro en proporción variable, dependiendo de la energía de ionización, y la afinidad electrónica y fundamentalmente de la electronegatividad. Se forma por la transferencia de uno o varios electrones de un elemento metálico (poco electronegativo) a uno no metálico (muy electronegativo); por ejemplo: en la formación del cloruro de sodio intervienen el sodio (metal) que es un elemento del grupo uno y con electronegatividad de 0, 9, el cloro (no metal) que es un elemento del grupo VII y con electronegatividad de 3,0. H He 1 2.1 Li Be B C N O F Ne 2 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Na Mg Al Si P S Cl Ar 3 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4 0.8 1.0 1.31.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.9 1.8 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5 0.8 1.0 1.21.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5 Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6 Lu 0.7 0.9 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.9 1.9 2.0 2.2 Fr Ra Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 7 0.7 0.9 94 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 6. Enlaces químicos Química 1 Tabla periódica de la electronegatividad usando la escala de Pauling a) Na + Cl NaCl Na Na+ + 1e- 1s2 2s2 2p6 3s1 = Na+ (catión) ++ + b) + Cl + 1e- Cl- (anión) ++ ++ ++ Na+ + +Cl++ Na +Cl++ ++ ++ Energia de enlace = -98.3 Kcal Diferencia de electronegatividad = 2.1 El enlace iónico se forma entre átomos cuya diferencia de electronegatividad sea en promedio 1.7 o mayor. Características del enlace electrovalente. •En los compuestos electrovalentes las temperaturas de fusión y de ebullición son elevadas. •Los compuestos electrovalentes conducen la corriente eléctrica fundidos en solución acuosa. •Cuando se efectúa la síntesis de un compuesto electrovalente a partir de sus elementos, hay gran desprendimiento de calor. Las principales propiedades de los compuestos iónicos son los siguientes:  Forman cristales geométricos.  Presentan los puntos de fusión.  La mayoría de los compuestos iónicos son muy solubles en agua.  Son electrolitos fuertes, es decir, cuando se disuelven en agua o se funden, son muy buenos conductores de la corriente. Un par de electrones compartidos está en el centro, a igual distancia de cada núcleo. 95 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 7. Enlaces químicos Química 1 Las propiedades de las sustancias con este tipo de enlace son las siguientes:  Son moléculas.  Tienen actividad química media.  Tienen baja solubilidad en agua.  No son conductores del calor o la electricidad.  Estado físico gaseoso, aunque pueden existir como sólidos o líquidos. ENLACE COVALENTE Se efectúa entre elementos de alta electronegatividad, es decir, entre no metales. El enlace covalente es posible explicarlo en base a dos conceptos: el concepto de Lewis y el del orbital molecular. Lewis establece que en la formación del enlace covalente, lo átomos que se unen comparten uno o más pares de electrones obteniendo así su configuración electrónica estable. Ejemplos: O + O O O H. + + H H. + H El concepto del orbital molecular, establece que el enlace covalente se forma por la superposición de dos orbitales atómicas completos. Ejemplo: ^ + ^ ^ ^ ^ ^ Enlace covalente puro del hidrógeno 96 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 8. Enlaces químicos Química 1 Se distinguen tres tipos de covalencia: polar, no polar y coordinado: a) ENLACE COVALENTE NO POLAR Se observan cuando dos átomos de un mismo elemento se unen para formar una molécula verdadera, sin carga eléctrica, simetría y cuya diferencia de electronegatividad es cero; por ejemplo: H + +H H +H H + H H2 + 1s1 1s1 Estas sustancias presentan las siguientes propiedades:  Tienen gran actividad química.  Son solubles en solventes polares.  En solución acuosa, son conductores de la electricidad.  Sus puntos de fusión y ebullición son bajos, pero más altos que los de las sustancias no polares. b) ENLACE COVALENTE POLAR Se forma cuando se unen dos átomos no metálicos de diferente electronegatividades; comparten electrones pero la nube electrónica se deforma y se ve desplazada hacia el átomo de mayor electronegatividad, originando polos en la molécula. Uno de los polos presenta carga parcial positiva y el otro queda con carga parcial negativa. 97 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 9. Enlaces químicos Química 1 Ejemplo: Molécula de HCl En general la diferencia de electronegatividad es menor a 1.7. Existen algunos casos como el HF que se considera iónico propiamente, pero es covalente por ser de dos átomos metálicos que se unen; por ejemplo: formación del ácido fluorhídrico y clorhídrico. Hx + F H F s- s+ Hx + Cl H Cl s+ s- Otras sustancias con este tipo de enlace son H2O, HBr, PCl3, SO3, H2SO4. Según este modelo, una red ordenada de iones metálicos cargados positivamente está rodeado de electrones que se pueden mover libremente, la fácil movilidad del “gas de electrones”, es la responsable de la buena conductibilidad electrónica y térmica de los metales. c) ENLACE COVALENTE COORDINADO 98 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 10. Enlaces químicos Química 1 Este enlace consiste en la compartición de un par de electrones entre dos átomos, donde dicho par es proporcionado por uno de los elementos enlazados. En la representación de un compuesto empleando fórmulas desarrolladas el enlace covalente coordinado se índica mediante una flecha apuntando hacia quién recibe el par electrónico de enlace, el H2SO4 y el HNO3 presentan este tipo de enlace. Se puede observar como se han indicado los electrones de valencia de cada elemento con distinto color así por ejemplo los del hidrógeno en negro los del oxígeno en rojo y los del nitrógeno y azufre en azul de manera que cuando el enlace esta formado por un par de electrones de un mismo color es que un elemento los proporciono y esto ejemplifica el covalente coordinado. La coordinación de los electrones entre átomos, o bien, de qué átomos a qué átomos van los electrones compartidos, se indica mediante una flecha. En los ejemplos anteriores se ve que los electrones van del azufre al oxígeno y del nitrógeno al oxígeno. Características del enlace covalente. En enlace covalente es más común entre átomos de la misma especie o entre especies semejantes, esto es, los átomos con electronegatividades iguales (mismo elemento) o ligeramente diferentes, pueden formar moléculas compartiendo uno o más pares de electrones. Como propiedades asociadas al enlace covalente podemos mencionar las siguientes: 99 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 11. Enlaces químicos Química 1 • Es muy fuerte y se rompe con dificultad. • Si la diferencia de electronegatividades entre los 2 átomos es marcada, tenemos un enlace polar y se favorecerá la solubilidad de la sustancia en solventes polares. Ejemplo: un enlace O-H • Si la diferencia de electronegatividades es poca, tenemos un enlace no polar y se favorecerá la solubilidad de la sustancia en solventes no polares. Ejemplo: un enlace C-H o C-C • En los compuesto covalentes las temperaturas de fusión y ebullición son bajas • Los compuestos covalentes no conducen la corriente eléctrica. • El calor de formación de los compuestos covalentes es más bajo que el de los compuestos electrovalentes. Los ejemplos de los enlaces covalentes que hasta ahora hemos visto, son simple, es decir, por cada dos átomos que se combinan hay un par de electrones compartidos (un enlace). Sin embargo, algunos átomos sólo pueden alcanzar su configuración electrónica estable (octeto), cuando comparten más de un par de electrones entre ellos. Si los átomos comparten dos partes de electrones, están unidos por un doble enlace. Ahora bien, si los átomos comparten tres pares de electrones, están unidos por un triple enlace. Hasta ahora hemos analizado la formación de enlaces sencillos, es decir aquellos en que se comparten un solo par de electrones entre los átomos, como en el hidrógeno. Alguno elementos del sistema periódico tienen la particularidad de poder establecer uniones covalentes en las que se comparten varios electrones formándose enlaces covalentes múltiples. Este es el caso, por ejemplo, de las moléculas de oxígeno y nitrógeno. En efecto, el oxígeno es un elemento que se encuentra en la sexta columna del sistema periódico por lo que tiene seis electrones de valencia y le faltan dos para completar el octeto. 100 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 12. Enlaces químicos Química 1 ENLACE METÁLICO Se presenta en los metales y aleaciones al construir cristales metálicos. El enlace es una red cristalina de iones metálicos, elementos muy electropositivos en donde los electrones de valencia se intercambian muy rápidamente. Como ejemplo de sustancias que lo presentan se tiene a todos los metales, aleaciones como los aceros, amalgamas de mercurio, cobre y sus aleaciones. El modelo establecido para explicar el enlace metálico también es coherente con otras propiedades características de los metales como, por ejemplo, la posibilidad de deformación sin que se produzca la rotura del cristal (como ocurre en los sólidos iónicos) ya que la deformación del cristal supone únicamente un desplazamiento de los planos de la red que conduce a una nueva situación que apenas se diferencia en nada de la anterior. En las figuras siguientes se pueden diferenciar de forma simple estos fenómenos: ⊕-⊕-⊕-⊕-⊕ ⊕-⊕-⊕-⊕ ⊕-⊕-⊕-⊕-⊕- Red ordenada de iones metálicos ⊕-⊕-⊕-⊕ El enlace metálico es un enlace que ocurre entre los átomos de metales y tiene características muy específicas. Consiste en un conjunto de cargas positivas que son los kernels de los átomos metálicos y los electrones periféricos pertenecen a todos los cationes, es decir, los átomos se encuentran unidos entre sí por una nube de electrones de valencia que rodea a los Kernel. Características de enlace metálico En el enlace metálico los electrones pueden moverse en todos los sentidos y esto diferencia al enlace metálico del enlace covalente, ya que en este último los electrones están situados en posición rígida. 101 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 13. Enlaces químicos Química 1 Debido a la gran movilidad de los electrones de valencia, los metales son buenos conductores de la electricidad y el calor. También y debido a esta movilidad, los metales presentan brillo. La ductibilidad y maleabilidad de los metales, son explicables por esta movilidad electrónica. Ejercicios: subraya la respuesta correcta. 1. Al combinarse los átomos de potasio (un metal alcalino) con los átomos de bromo (un no metal del grupo de los halógenos), lo más probable es que entre ellos se establezca: a) Enlace covalente b) Enlace metálico c) Enlace por puentes de hidrógeno d) Enlace iónico 2. Un sólido metálico está formado por: a. Iones positivos y negativos b. Iones positivos y una nube de electrones c. Iones negativos y una nube de electrones d. Átomos neutros que comparten electrones 3. ¿Cuál será la clase de enlace químico más probable que puede establecerse entre los átomos de los siguientes elementos? a. Hierro-hierro: b. Cloro-magnesio: c. Carbono-oxígeno: d. Flúor-flúor: e. Neón-neón 4. Señala cuáles de los siguientes compuestos serán de tipo iónico: a. CaO (óxido de calcio). b. O2 (oxígeno). c. NaF (fluoruro de sodio). d. N2O (óxido de dinitrógeno). e. NH3 (amoníaco). 5. De los sólidos siguientes, marca los que son muy solubles en agua: a. Cobre (Cu). 102 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 14. Enlaces químicos Química 1 b. Cuarzo (SiO2). c. Fluorita (CaF2). d. Hierro (Fe). e. Silvina (KCl). Regla del octeto y símbolos electrónicos de Lewis. La regla del octeto, enunciada en 1916 por Walter Kossel y Gilbert N. Lewis, estableces que al formarse un enlace químico los átomos ganan, pierden o comparten electrones para lograr una estructura electrónica estable similar a la de un gas raro. Esta regla se basa en el hecho de que todos los gases raros, excepto el helio, tienen ocho electrones en su nivel energético exterior. Ejemplifiquemos esta regla con el 11Na y el 17Cl: Gilbert N. Lewis Los elementos químicos situados a la izquierda del sistema periódico son los que menos electrones han de perder para adquirir estructura 103 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 15. Enlaces químicos Química 1 electrónica de gas noble. Recordemos que el número de la columna donde se encuentran coincide con el número de electrones de valencia. De esta forma los elementos de la primera columna, sólo han de perder un electrón para pasar a tener 8 en el último nivel (excepto el litio que pasaría a tener 2, como el gas noble helio). Análogamente sucedería con los de las columnas II y III que tendrían que perder 2 y 3 electrones respectivamente. Un átomo de Sodio dona un El héroe, el Sr. Cloro arrebata a la Srta. electrón a un átomo de Cloro para Electrón de manos del villano, Sr. Sodio. formar los iones sodio y cloro. En general podemos aceptar esta ley para los átomos que están a distancia de cuatro o menos números atómicos de un gas raro, ya que pueden alcanzar más fácilmente la configuración estable con ocho electrones. Muchos otros átomos no siguen la regla del octeto y contienen seis, diez, doce y hasta catorce electrones en la capa de enlace. Ej. AlF3 (6 electrones de enlace), PF5 (10 electrones de enlace). Recordando la estructura de Lewis, es la representación de los electrones de los orbitales por medio de puntos o cruces alrededor del Kernel o corazón del átomo. Estas estructuras sirven para ilustrar enlaces químicos. Ejemplos: H20, HCl, NH3, NH4Cl. Ejercicios: Desarrollar la estructura de Lewis de los siguientes compuestos PbO2 CCl4 O2 Fe2O3 CS2 CO2 BaO2 NH3 N2 104 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 16. Enlaces químicos Química 1 AlCl3 CO2 C2H2 CaO CH4 H2 CaCl2 H20 NaCl KCl Cl2 H2SO4 Otros tipos de interacción química. Hasta el momento sabes que los átomos se unen entre sí para formar compuestos o moléculas; éstos a su vez se unirán para formar las sustancias. Las moléculas pueden mantenerse unidas mediante enlaces denominadas moleculares, entre ellos tenemos: fuerzas de Vander-Waals y puentes de hidrógeno. Fuerzas intermoleculares También llamadas fuerzas de Van der Waals, son débiles atracciones de carácter electrostáticos entre las moléculas. Es el enlace más débil de todos y se debe a la deformación de la configuración electrónica de cada átomo, provocada por la influencia del campo eléctrico de los átomos vecinos. Se llama también enlace residual o enlace de polarización. Con estos enlaces se puede explicar las fuerzas de cohesión en los líquidos y en los gases. Las fuerzas de Vander-Waals se presentan tanto en moléculas polares, como no polares, o bien mezclas de éstas y pueden ser de dos tipos: 105 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 17. Enlaces químicos Química 1 Johannes Diderik Van der Waals a) Interacción dipolo permanente-dipolo permanente: Este tipo de fuerzas se presentan entre moléculas polares en las cuales el centro de carga positiva o polo positivo de una atrae al centro o polo negativo de otra. b) Interacción dipolo permanente-dipolo inducido: Este tipo de fuerza se presenta entre moléculas polares y no polares y se da cuando el polo positivo de la molécula polar, atrae hacia ella los electrones negativos de la no polar, provocando esto, que la molécula no polar se convierta en polar de manera momentánea. Enlace puente de hidrógeno. Ciertos compuestos contienen en sus moléculas átomos de hidrógeno, como el agua y el amoniaco. En estos casos el hidrógeno es atraído por dos átomos de elementos electronegativos; con uno de ellos está unido mediante un enlace covalente normal y con el otro por la unión especial llamada enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno. El enlace de hidrógeno es de naturaleza electrostática, y su fuerza es mucho menor que la del covalente, pero mayor que las fuerzas de Van der Waals. 106 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 18. Enlaces químicos Química 1 Los dos átomos unidos mediante un puente de hidrógeno deben ser muy electronegativos y de volumen pequeño, como el oxígeno, el nitrógeno y el flúor. Cuando existen enlaces o puentes de hidrógeno entre las moléculas de una sustancia, hacen que ésta sea más fácilmente condensable de lo que podría esperarse por el tamaño y masa de sus moléculas. El enlace por puente de hidrógeno es básicamente una interacción dipolo permanente-dipolo permanente y se presenta entre moléculas polares que contienen átomos de hidrógeno enlazados a átomos altamente electronegativos como son: F, O, N, C; de tal manera que el hidrógeno (polo positivo) de una molécula atrae hacia él al átomo electronegativo (polo negativo) de otra. El enlace por puente de hidrógeno origina un comportamiento especial de las sustancias que lo presentan entre las cuales tienes: H2O, HF, CH3-OH, DNA. ENLACES POR PUENTES DE HIDRÓGENO. EJEMPLO: EL AGUA 107 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”