ENLACE QUÍMICO

Acabamos de exponer la falta de estabilidad de los átomos aislados y la hemos explicado, tomando como referencia la estructura electrónica de los gases nobles, a partir de la regla del octeto. Podemos, por tanto, razonar que cuando los átomos se unen para formar compuestos estables, deben alcanzar también ellos su máxima estabilidad, es decir, deben quedar rodeados de ocho electrones en su última capa para lo cual deberán ceder, ganar o compartir electrones. En este proceso de intercambio o compartición es en el que los átomos quedan unidos entre sí formando moléculas o redes cristalinas, recibiendo estas uniones la denominación de enlace químico.

El enlace químico es la unión que se establece entre los átomos o las partículas elementales que constituyen una sustancia.

El hecho de que las sustancias se presenten en formas diferentes: moléculas de elementos, moléculas de compuestos y redes cristalinas puede ser explicado por la existencia de distintos tipos de enlace.

Vamos a estudiar a continuación los tres tipos de enlaces fundamentales: iónico, covalente y metálico.

ENLACE IÓNICO

En el apartado correspondiente a la regla del octeto hemos analizado cómo, mediante transferencia de electrones, un átomo puede convertirse en una especie con carga eléctrica, en un ion.

Existen multitud de sustancias constituidas por iones de cargas opuestas, formando siempre redes cristalinas, que reciben la denominación de compuestos iónicos. Este tipo de compuestos está siempre constituido por átomos de elementos situados a la izquierda del sistema periódico y átomos de elementos situados a la derecha del mismoVeamos como ejemplo el caso del compuesto formado entre el sodio y el flúor.

Las configuraciones electrónicas de sodio (Z=11) y el flúor (Z=9) son :

Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 y F : 1s2 2s2 2p5

Como podemos comprobar al átomo de sodio le "sobra" un electrón para poder alcanzar su máxima estabilidad, mientras que el átomo de flúor necesita "ganar" un electrón para, igualmente, poder

alcanzar su configuración más estable.

Si entre ellos se produce una transferencia de electrones, se convertirán en iones de signos contrarios (totalmente estables por tener ocho electrones en su última capa), atrayéndose hasta quedar unidos por un enlace iónico.

El enlace iónico es la fuerza de atracción eléctrica entre iones de signo contrario que se forman como consecuencia de una trasferencia de electrones entre átomos no estables situados en los extremos (derecha e izquierda) del sistema periódico.

Un proceso idéntico a este tiene lugar en otros muchos átomos de sodio y flúor, de modo que los iones formados se colocan ordenadamente constituyendo una red cristalina de iones unidos todos ellos fuertemente por enlaces iónicos (fuerzas eléctricas)

Situaciones parecidas a la descrita suceden entre otros muchos átomos aunque la situación de los mismos en el sistema periódico debe ser siempre semejante: unos situados a la derecha del sistema y otros situados a la izquierda del mismo.

Además no siempre tiene que intercambiarse un electrón; lo pueden hacer dos y hasta tres electrones, participando dos o más átomos.

Veamos como ejemplo el compuesto formado entre el calcio y el cloro. El átomo de calcio (Z=20) tiene por configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 mientras que la del cloro (Z=17) es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Para alcanzar su estabilidad el átomo de calcio necesita perder dos electrones, pero el de cloro sólo puede recibir uno ¿qué ocurrirá?

Pues que el átomo de calcio necesita dos átomos de cloro como receptores de sus dos electrones:

Como podemos comprobar los tres átomos se han estabilizado formándose tres iones, aunque la carga global es nula. Evidentemente se formaría una red cristalina iónica igual que en los casos anteriores.

A la vista de estos ejemplos podemos entender que la fórmula del compuesto formado entre el sodio y el flúor sea NaF ya que en la red existirá un átomo de sodio por cada átomo de flúor y que la fórmula del compuesto entre el calcio y el cloro sea CaCl2 al existir dos átomos de cloro por cada átomo de calcio.

Realiza en tu cuaderno las siguientes actividades Explica cómo se formaría el enlace entre átomos de azufre (Z=16) y átomos de potasio (Z=19). ¿Cuál será la fórmula del compuesto formado?

ENLACE COVALENTE

Muchas de las sustancias conocidas, como el agua o el diamante, no están formadas por iones sino por átomos que se unen unos a otros mediante un tipo de enlace que llamamos covalente. Se les denomina sustancias covalentes.

Existen dos tipos de sustancias covalentes: moleculares y atómicas.

Son sustancias covalentes moleculares casi todos los líquidos y gases y muchos sólidos y en ellas los átomos se agrupan formando moléculas. Este es el caso del oxígeno, del hidrógeno, del agua, etc.

Son sustancias covalentes atómicas algunos sólidos de extraordinaria dureza, caso del diamante o cuarzo y en ellas los átomos se agrupan formando redes cristalinas

Pero en unas y otras existe una característica común: los átomos implicados en el enlace tiene un número elevado de electrones en su última capa por lo que todos ellos tienden a ganar electrones sin que nadie pueda cederlo. ¿Cómo pueden entonces alcanzar su máxima estabilidad?

Veamos un caso concreto: la molécula de flúor, F2 .Como anteriormente habíamos visto, la configuración electrónica del átomo de flúor: F : 1s2 2s2 2p5 muestra la falta de un electrón para alcanzar la configuración electrónica de gas noble por lo que tiene una gran apetencia por incorporar electrones a su última capa. Pero ahora no tenemos un átomo como el de sodio que puede darle el electrón que necesita sino que al contrario frente a él se encuentra otro átomo idéntico que también quiere ganar electrones. Aparece entonces entre ellos una atracción mutua como consecuencia de intentar quitarle los electrones al otro átomo:

Esta atracción trae como consecuencia que los dos átomos se aproximen hasta que se superpongan sus últimas capas llegando a compartir una pareja de electrones entre ellos:

Como podemos comprobar ahora, cada uno de los dos átomos tienen ocho electrones en su último nivel con lo que han alcanzado la máxima estabilidad.

Un proceso semejante puede tener lugar también entre átomos diferentes como en el caso del agua. La molécula de agua, H2O, está formada por un átomo de oxígeno O: 1s2 2s2 2p4 y dos átomos de hidrógeno H: 1s1. Estos últimos necesitan un electrón cada uno para lograr la configuración electrónica de gas noble (He: 1s2) mientras que el oxígeno requiere dos electrones para estabilizarse. El proceso es semejante al caso anterior.

Como podemos comprobar los tres átomos se han estabilizado compartiendo dos parejas de electrones el oxígeno y una cada uno de los átomos de hidrógeno.

El enlace covalente se forma cuando dos átomos, iguales o distintos pero situados a la derecha del sistema periódico, comparten una o más parejas de electrones.

Realiza en tu cuaderno las siguientes actividades De una forma similar a como hemos realizado el razonamiento en el caso de la molécula

de agua, justifica la molécula de amoníaco constituida por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno.

Razona cómo sería el compuesto covalente formado por el carbono y el hidrógeno. ¿Qué fórmula crees que debería tener este compuesto?

La representación de las moléculas covalentes se simplifica bastante si utilizamos la representación ideada por Lewis. Para realizarla se escribe le símbolo de los átomos implicados en el enlace rodeándolos de tantos puntos como electrones posean en la última capa, comprobándose que se cumple la regla del octeto. En algunos casos es frecuente representar mediante un guión una pareja de electrones; si esta pareja corresponde a un enlace el guión une a los átomos y en caso contrario se sitúa sobre uno de ellos.

Veamos algunos ejemplos:

Molécula de cloro Cl2 Molécula de H2O

 

 

Molécula de amoníaco Molécula de metano CH4

ENLACE METÁLICO

Los metales constituyen un numeroso grupo de elementos con unas características comunes como la de poseer muy pocos electrones en su última capa (normalmente dos y excepcionalmente uno o tres), presentarse en estado sólido (excepto el mercurio), formar redes cristalinas, ser buenos conductores de la electricidad, etc.

El enlace en este tipo de elementos se forma de la siguiente forma: los átomos metálicos pierden los

electrones de su última capa formando iones positivos, situándose los electrones perdidos por todos ellos entre los huecos dejados por ellos formando una especie de nube o gas electrónico que envuelve a dichos iones evitando la separación de los mismos.

El enlace metálico es la unión que existe entre los átomos de los metales gracias a los electrones interpuestos entre los mismos.

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

El tipo de enlace condiciona las propiedades de las sustancias que los presentan, pudiendo distinguir cuatro tipos de sustancias cuyas propiedades más generales se indican en la tabla siguiente:

 Sustancias

iónicas Sustancias covalentes

molecularesSustancias covalentes

atómicasSustancias metálicas

EstructuraRed cristalina de iones positivos y negativos

MoléculasRed cristalina de átomos

Red cristalina de iones positivos y electrones

Estado natural Sólido Líquido o gaseoso Sólido SólidoPunto de fusión Elevado Bajo Muy elevado Elevado

Solubilidad Solubles en aguaInsolubles en agua y solubles en otros disolventes

Insolubles Insolubles en agua

Conductividad

Conducen la corriente sólo fundidas o en disolución

No conductoras No conductorasBuenos conductores

Ejemplo Cloruro de sodio Amoníaco Diamante Cobre