EL ENLACE QUÍMICOEL ENLACE QUÍMICO

Planteamiento del problemaPlanteamiento del problema

La mina de un lápiz se compone de grafito y La mina de un lápiz se compone de grafito y arcilla. El arcilla. El grafitografito es una sustancia simple formada es una sustancia simple formada por átomos de carbono. Existe otra sustancia por átomos de carbono. Existe otra sustancia simple formada también por átomos de carbono simple formada también por átomos de carbono llamada llamada diamante.diamante.

¿Cuál es la causa de que ambas sustancias ¿Cuál es la causa de que ambas sustancias tengan propiedades tan distintas y sin embargo tengan propiedades tan distintas y sin embargo estén formadas por el mismo tipo de átomo?estén formadas por el mismo tipo de átomo?

……

Planteamiento del problemaPlanteamiento del problema

¿Por qué los átomos se unen en unas ¿Por qué los átomos se unen en unas proporciones determinadas y no en otras? proporciones determinadas y no en otras? ¿Por qué NaCl y no Na¿Por qué NaCl y no Na22Cl?Cl?

¿Por qué la molécula de CO¿Por qué la molécula de CO22 es lineal y la del es lineal y la del HH22O es angular?O es angular?

¿Qué es lo que determina las propiedades de ¿Qué es lo que determina las propiedades de una sustancia: solubilidad, conductividad una sustancia: solubilidad, conductividad eléctrica, estado de agregación a temperatura eléctrica, estado de agregación a temperatura ambiente…?ambiente…?

El estudio de las propiedades de las sustancias permite El estudio de las propiedades de las sustancias permite establecer tres grandes grupos para clasificar la enorme establecer tres grandes grupos para clasificar la enorme

diversidad de sustancias:diversidad de sustancias:

SustanciaSustancia ElectrólitoElectrólito No electrólitoNo electrólito MetálicaMetálica

T fusiónT fusión

T ebulliciónT ebullición↑↑ ↓↓↓↓** ↑↑**

SolubilidadSolubilidad en en agua agua

otro disolventeotro disolvente

↑↑

↓↓↓↓

↓↓↓↓

↑↑

↓↓↓↓

↓↓

Conductividad Conductividad eléctricaeléctrica

(sólido) (sólido) ↓↓↓↓

(líquido) (líquido) ↑↑

↓↓↓↓

↓↓↓↓

↑↑

↑↑

Las propiedades características de las Las propiedades características de las sustancias están relacionadas con la forma sustancias están relacionadas con la forma

en que están unidas sus partículas y las en que están unidas sus partículas y las fuerzas entre ellas, es decir, con el tipo de fuerzas entre ellas, es decir, con el tipo de ENLACEENLACE que existe entre sus partículas. que existe entre sus partículas.

Una primera aproximación para Una primera aproximación para interpretar el enlaceinterpretar el enlace

A principios del siglo XX, el científico A principios del siglo XX, el científico Lewis, Lewis, observando la poca reactividad de los gases observando la poca reactividad de los gases nobles (estructura de 8 electrones en su último nobles (estructura de 8 electrones en su último nivel),sugirió que nivel),sugirió que los átomos al enlazarse los átomos al enlazarse “tienden” a adquirir una distribución de “tienden” a adquirir una distribución de electrones de valenciaelectrones de valencia igual a la igual a la del gas noble más próximo del gas noble más próximo

REGLA DEL OCTETOREGLA DEL OCTETO

Clasificación de los Clasificación de los elementoselementos de de acuerdo con la regla del octetoacuerdo con la regla del octeto

Metales:Metales: baja electronegatividad, baja baja electronegatividad, baja energía de ionización. Tienden a soltar energía de ionización. Tienden a soltar electrones.electrones.

No metales:No metales: alta electronegatividad. alta electronegatividad. Tienden a coger electronesTienden a coger electrones

Según el tipo de átomos que se Según el tipo de átomos que se unen:unen:

Metal – No metal:Metal – No metal: uno cede y otro coge uno cede y otro coge electrones (cationes y aniones)electrones (cationes y aniones)

No metal – No metal:No metal – No metal: ambos cogen ambos cogen electrones, comparten electroneselectrones, comparten electrones

Metal – Metal:Metal – Metal: ambos ceden electrones ambos ceden electrones

Algunos ejemplos…Algunos ejemplos…

““Molécula” de NaClMolécula” de NaCl

“Diagramas de Lewis”

““Molécula” de MgFMolécula” de MgF22

Moléculas de HMoléculas de H2 2 yy OO22

Moléculas de NMoléculas de N2 2 y COy CO22

Tipos de enlaceTipos de enlace

IónicoIónico

MetálicoMetálico

CovalenteCovalente

Enlace iónicoEnlace iónico

El compuesto iónico se forma al El compuesto iónico se forma al reaccionar un reaccionar un metalmetal con un con un no metalno metal..

Los átomos del metal pierden electrones Los átomos del metal pierden electrones (se forma un catión) y los acepta el no (se forma un catión) y los acepta el no metal (se forma un anión).metal (se forma un anión).

Los iones de distinta carga se atraen Los iones de distinta carga se atraen eléctricamente, se ordenan y forman una eléctricamente, se ordenan y forman una red iónica.red iónica. Los compuestos iónicos no Los compuestos iónicos no están formados por moléculas.están formados por moléculas.

Enlace iónico entre Cl y Na: formación del Enlace iónico entre Cl y Na: formación del ión Clión Cl-- y Na y Na++

Redes iónicasRedes iónicas

NaCl CsCl

Propiedades compuestos iónicosPropiedades compuestos iónicos

Elevados puntos de fusión y ebulliciónElevados puntos de fusión y ebullición

Solubles en aguaSolubles en agua

No conducen la electricidad en estado No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí en estado disuelto o sólido, pero sí en estado disuelto o fundido (Reacción química: fundido (Reacción química: electrolisiselectrolisis))

Al intentar deformarlos se rompe el cristal Al intentar deformarlos se rompe el cristal (fragilidad)(fragilidad)

Disolución y electrolisis del CuClDisolución y electrolisis del CuCl22

Disociación: CuCl2 → Cu+2 + 2 Cl-

Reacción anódica: 2 Cl- → Cl2 + 2e-

Reacción catódica: Cu+2 + 2e- → Cu

Enlace metálicoEnlace metálico

Las sustancias metálicas están formadas por átomos de un Las sustancias metálicas están formadas por átomos de un mismo elemento metálico (baja electronegatividad).mismo elemento metálico (baja electronegatividad).

Los átomos del elemento metálico pierden algunos Los átomos del elemento metálico pierden algunos electrones, formándose un electrones, formándose un catióncatión o “ o “resto metálicoresto metálico”. ”.

Se forma al mismo tiempo una Se forma al mismo tiempo una nube o mar de electrones:nube o mar de electrones: conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no pertenecen a ningún átomo en particular.pertenecen a ningún átomo en particular.

Los cationes se repelen entre sí, pero son atraídos por el Los cationes se repelen entre sí, pero son atraídos por el mar de electrones que hay entre ellos. Se forma así una mar de electrones que hay entre ellos. Se forma así una red metálica: las sustancias metálicas tampoco están red metálica: las sustancias metálicas tampoco están formadas por moléculas.formadas por moléculas.

El modelo del mar de electrones representa al metal como un conjunto de cationes ocupando las posiciones fijas de la red, y los electrones libres moviéndose con facilidad, sin estar confinados a ningún catión específico

Fe

Propiedades sustancias metálicasPropiedades sustancias metálicas

Elevados puntos de fusión y ebulliciónElevados puntos de fusión y ebullición

Insolubles en aguaInsolubles en agua

Conducen la electricidad incluso en Conducen la electricidad incluso en estado sólido (sólo se calientan: cambio estado sólido (sólo se calientan: cambio físico). La conductividad es mayor a bajas físico). La conductividad es mayor a bajas temperaturas.temperaturas.

Pueden deformarse sin rompersePueden deformarse sin romperse

Enlace covalenteEnlace covalente

Los compuestos covalentes se Los compuestos covalentes se originan por la originan por la compartición de compartición de

electroneselectrones entre átomos entre átomos no no metálicosmetálicos. .

Electrones muy localizados.Electrones muy localizados.

Diferentes tipos de enlace Diferentes tipos de enlace covalentecovalente

Enlace Enlace covalente normalcovalente normal:: SimpleSimple Múltiple: doble o tripleMúltiple: doble o triple

Polaridad Polaridad del enlace:del enlace: ApolarApolar PolarPolar

Enlace Enlace covalente dativo o coordinado covalente dativo o coordinado

Enlace covalente normalEnlace covalente normal

Si se comparten un par de eSi se comparten un par de e--: enlace covalente simple: enlace covalente simple

Si se comparten dos pares de eSi se comparten dos pares de e-- : enlace covalente doble : enlace covalente doble

Si se comparten tres pares de eSi se comparten tres pares de e--: enlace covalente triple: enlace covalente triple

Polaridad del enlace covalentePolaridad del enlace covalente Enlace covalente Enlace covalente apolarapolar: entre átomos de : entre átomos de

idéntica electronegatividad (Hidéntica electronegatividad (H22, Cl, Cl22, N, N22…). Los …). Los electrones compartidos pertenencen por igual a electrones compartidos pertenencen por igual a los dos átomos.los dos átomos.

Enlace covalente Enlace covalente polarpolar: entre átomos de distinta : entre átomos de distinta electronegatividad (HCl, CO…). Los electrones electronegatividad (HCl, CO…). Los electrones compartidos están más desplazados hacia el compartidos están más desplazados hacia el átomo más electronegativo. Aparecen zonas de átomo más electronegativo. Aparecen zonas de mayor densidad de carga positiva (mayor densidad de carga positiva (δδ+) y zonas +) y zonas de mayor densidad de carga negativa (de mayor densidad de carga negativa (δδ-)-)

Enlace covalente dativo o coordinadoEnlace covalente dativo o coordinado

Cuando el par de electrones compartidos Cuando el par de electrones compartidos pertenece sólo a pertenece sólo a unouno de los átomos se de los átomos se presenta un presenta un enlace covalente enlace covalente coordinado o dativocoordinado o dativo. .

El átomo que aporta el par de electrones El átomo que aporta el par de electrones se llama se llama donadordonador (siempre el menos (siempre el menos electronegativo) y el que los recibe electronegativo) y el que los recibe receptor o aceptor receptor o aceptor (siempre el más (siempre el más electronegativo)electronegativo)

Enlace de átomos de azufre (S) y oxígeno (O)Enlace de átomos de azufre (S) y oxígeno (O)

Molécula de SO: enlace covalente doble

Molécula de SO2: enlace covalente doble y un enlace covalente coordinado o dativo

:S ═ O:˙ ˙˙ ˙

˙ ˙S ═ O:

˙ ˙:O ←˙ ˙˙ ˙

Molécula de SO3: enlace covalente doble y dos enlaces covalentes coordinado o dativo

S ═ O:˙ ˙

:O ←˙ ˙˙ ˙

↓:O:˙ ˙

¿Existen moléculas, o se trata ¿Existen moléculas, o se trata de estructuras gigantes?de estructuras gigantes?

Redes covalentesRedes covalentes

Moléculas covalentes Moléculas covalentes (pequeñas - (pequeñas - macromoléculas)macromoléculas)

Redes covalentesRedes covalentes

Diamante: tetraedros de átomos de carbono

La unión entre átomos que comparten electrones es muy difícil de romper. Los electrones compartidos están muy localizados.

Grafito: láminas de átomos de carbono

Moléculas covalentesMoléculas covalentes

Si el enlace es apolar: moléculas apolares (HSi el enlace es apolar: moléculas apolares (H22, , OO22, F, F22…)…)

Si el enlace es polar:Si el enlace es polar:

Moléculas polares Moléculas polares (HCl, H(HCl, H22O...) (dipolos O...) (dipolos permanentes)permanentes)

Moléculas apolares Moléculas apolares (CO(CO22) (simetría espacial) ) (simetría espacial)

Moléculas covalentes polares: Moléculas covalentes polares: el centro geométrico de el centro geométrico de δδ- no coincide con - no coincide con

el centro geométrico de el centro geométrico de δδ++

Moléculas covalentes apolares:Moléculas covalentes apolares: el centro geométrico de el centro geométrico de δδ- coincide con el - coincide con el

centro geométrico de centro geométrico de δδ++

En el COEn el CO22 existen enlaces covalentes polares y, sin existen enlaces covalentes polares y, sin

embargo, la embargo, la molécula covalente no es polarmolécula covalente no es polar. Esto . Esto es debido a que la molécula presenta una es debido a que la molécula presenta una estructura lineal y se anulan los efectos de los estructura lineal y se anulan los efectos de los dipolos de los enlaces C-O.dipolos de los enlaces C-O.

O O ─ ─ C C ─ ─ OOδ+δ- δ-

Propiedades compuestos Propiedades compuestos covalentes (moleculares)covalentes (moleculares)

No conducen la electricidadNo conducen la electricidad

Solubles: moléculas apolares – apolaresSolubles: moléculas apolares – apolares

Insolubles: moléculas polares - polaresInsolubles: moléculas polares - polares

Bajos puntos de fusión y ebullición…Bajos puntos de fusión y ebullición…

¿Fuerzas intermoleculares?¿Fuerzas intermoleculares?

Fuerza intermoleculares o Fuerza intermoleculares o fuerzas de Van der Waalsfuerzas de Van der Waals

Fuerzas entre dipolos permanentesFuerzas entre dipolos permanentes

Fuerzas de enlace de hidrógenoFuerzas de enlace de hidrógeno

Fuerzas entre dipolos transitorios Fuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas de London)(Fuerzas de London)

Fuerzas entre moléculas polaresFuerzas entre moléculas polares ((dipolos permanentesdipolos permanentes))

HCl, HBr, HI…HCl, HBr, HI…

-+ + -

Enlace de hidrógenoEnlace de hidrógeno :Cuando el átomo :Cuando el átomo de hidrógeno está unido a átomos muy de hidrógeno está unido a átomos muy

electronegativos (F, O, N), queda prácticamente electronegativos (F, O, N), queda prácticamente convertido en un protón. Al ser muy pequeño, ese convertido en un protón. Al ser muy pequeño, ese átomo de hidrógeno “desnudo” atrae fuertemente átomo de hidrógeno “desnudo” atrae fuertemente (corta distancia) a la zona de carga negativa de (corta distancia) a la zona de carga negativa de

otras moléculasotras moléculas

HF

H2O

NH3

Enlace de hidrógeno en la molécula de Enlace de hidrógeno en la molécula de aguaagua

Enlace de hidrógenoEnlace de hidrógeno

Este tipo de enlace es el responsable de Este tipo de enlace es el responsable de la existencia del agua en estado líquido y la existencia del agua en estado líquido y sólido.sólido.

Estructura del hielo y del agua Estructura del hielo y del agua líquidalíquida

Enlaces de hidrógeno en el ADNEnlaces de hidrógeno en el ADN

Apilamiento de las bases.

Enlaces de hidrógeno

Interiorhidrófobo

Esqueleto desoxiribosa-fosfatoEnlaces de

hidrógeno

Exterior hidrófilo

A: adeninaG: guaninaC: citosinaT: timina

Bases nitrogenada

s

Repulsión electrostática

Fuerzas entre dipolos transitorios Fuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas (Fuerzas de London)de London)

Los dipolos inducidos se deben a las fluctuaciones Los dipolos inducidos se deben a las fluctuaciones de los electrones de una zona a otra de la de los electrones de una zona a otra de la

molécula, siendo más fáciles de formar cuanto molécula, siendo más fáciles de formar cuanto más grande sea la molécula: las fuerzas de más grande sea la molécula: las fuerzas de London aumentan con la masa molecular.London aumentan con la masa molecular.