El átomo y sus enlaces: Enlace químico

1. Tipos de sustancias

Imagen 1 Chris73 ,Creative commons

El agua es probablemente la sustancia más extraordinaria que hay en la naturaleza. Se presentaen los tres estados físicos -todo el mundo conoce el hielo y el vapor de agua, además del agualíquida-, y es el medio en el que se desarrolla la vida de los organismos. La razón se debe a laspropiedades que tiene: es el mejor disolvente conocido, necesita que se le comunique mucho calorpara calentarse, es menos densa en estado sólido que en el líquido, etc.

¿Qué diferencia al hielo del agua líquida y del vapor de agua? ¿Por qué el agua produce hidrógenoy oxígeno al descomponerse por acción de la corriente eléctrica? ¿Qué estructura tiene el aguapara "contener" esas otras sustancias? ¿Cómo se explica su acción disolvente?

La observación de las sustancias que existen en la naturaleza y de las propiedades que presentanpermite proponer un modelo que explica de una forma global y sencilla tanto la forma de unirse losatomos para originar sustancias simples o compuestas como la fórmula de las sustancias formadasy la explicación de sus propiedades. Los modelos de enlace interatómico explican no sólocómo y por qué se unen los átomos, sino también cuántos átomos de cada tipo quedan unidos yqué estructuras forman.

La necesidad de nuevos materiales que tengan unas propiedades determinadas parte de esosestudios experimentales y de los modelos de enlace para diseñar métodos de síntesis de esosmateriales (muy resistentes a la rotura, que no se oxiden, poco densos, flexibles, impermeables,etc.). Así se han obtenido materiales como la fibra de carbono, el goretex, los plásticos, etc.

Imagen 2 Fajro , Creative commons Imagen 3 Shadd ack , Creative commons

El estudio experimental de sus propiedades permite establecer la existencia de cuatro tipos de sustancias, de forma quecualquier sustancia conocida se puede asignar a uno de los cuatro grupos.

Sustancia metálica (titanio) Sustancia covalente (diamante tallado)

Imagen 4 Alchemist-hp , Creative commons Imagen 5 Mario Sarto 04 , Creative commons

Sustancia iónica (calcita) Sustancia molecular (iodo)

Imagen 6 Isftic , uso educativo Imagen 7 Ondrej Mangl , dominio público

Características experimentales

Las sustancias metálicas tienen puntos de fusión variables, desde bajos hasta altos, pero son todas sólidas a temperaturaambiente, con la excepción del mercurio. Su dureza también es variable. Forman estructuras cristalinas regulares. Sonsustancias que conducen bien la corriente eléctrica y no son solubles en ningún líquido.

Las sustancias covalentes tienen puntos de fusión muy altos, por lo que en todos los casos son sólidas a temperatura

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2. El enlace químico

2.1 Tipos de enlace y de estructuras

ambiente, formando estructuras cristalinas regulares. Son muy duras, insolubles en cualquier líquido y no conductoras de lacorriente eléctrica.

Las sustancias iónicas tienen puntos de fusión medios o altos, siendo siempre sólidas a temperatura ambiente, formandotambién estructuras cristalinas regulares. Tienen una dureza media, y son solubles en mayor o menor medida en agua. Enestado sólido no conducen la corriente eléctrica, pero sí lo hacen al fundirlas o al disolverlas en agua.

La s sustancias moleculares tienen puntos de fusión bajos, pudiendo ser sólidas, líquidas o gaseosas a temperaturaambiente. En estado sólido pueden forman estructuras cristalinas, o masas sólidas sin formas regulares. Son sustancias blandas,con solubilidad variable y que no conducen la corriente eléctrica.

Utilizando estos criterios experimentales es sencillo clasificar una sustancia concreta dentro de un grupo. Por ejemplo, si unasustancia es gaseosa a temperatura ambiente, es seguro que se trata de una sustancia molecular. Y si conduce bien lacorriente eléctrica, casi puedes asegurar que se trata de un metal.

Mostrar retroalimentación

El estudio de las propiedades de una sustancia sólida indica que su dureza es 8 en la escala de Mohs (máximo,10), que forma cristales de color verdoso, que no conduce la corriente eléctrica y es ligeramente soluble enagua. ¿De qué tipo de sustancia puede tratarse a partir de esa información?

Imagen 8 Laghi.I , Creative commons

Como acabas de ver, hay cuatro tipos de sustancias, de las que son ejemplos el titanio, el diamante, la calcita y el iodo. ¿Cómose unen entre sí los átomos para formarlas? ¿Y en el caso de otras sustancias, tales como oxígeno (O 2 ), dióxido de carbono(CO 2 ), ácido clorhídrico (HCl), propano (CH 3 -CH 3 ), cloruro de sodio (NaCl) o aluminio (Al)?

Seguro que sabes que el dióxido de carbobo es el máximo responsable del efecto invernadero ¿Por qué está formado por dosátomos de oxígeno y uno de carbono unidos entre sí? ¿No podrían ser tres y uno, formándose trióxido de carbono?

En primer lugar, vamos a analizar por qué se unen los átomos. Imagina que tienesdos átomos A y B situados muy lejos uno de otro. Entre los dos tienen una cantidadde energía determinada (potencial, cinética, etc.), y la energía de interacción esnula. Conforme se van acercando, interaccionan entre ellos, de forma que lasituación va siendo progresivamente más estable, de menor energía, como puedesobservar en la figura. A una distancia concreta, la energía es mínima porque lainteracción es máxima entre los núcleos y los electrones de ambos átomos.

Si los átomos se acercan más, se hace muy apreciable la repulsión eléctrica entrelos núcleos, cargados positivamente, con lo que la situación es menos estable. Enresumen, los átomos quedan a una distancia concreta r 0 , que es la distancia deenlace .

Es decir, los átomos se unen porque la energía que tiene un conjunto de átomoscuando están unidos es menor que cuando están separados.

La disminución de energía entre la situación de átomos separados y de átomosunidos tiene un significado real muy sencillo: para separar de nuevo los dos átomoshabrá que comunicar precisamente esa cantidad de energía, llamada energía deenlace .

La regla del octete

Se ha observado experimentalmente que los gases nobles no reaccionan. ¿Sus átomos son inertes por alguna razón especial?

Además, se ha observado que los átomos tienden a quedarse con la última capa electrónica completa, con ocho electrones:esta observación se generaliza denominándose regla del octete.

Regla del octete

Los átomos se unen a otros átomos para tener su capa electrónica más externa completa, con 8 electrones,adquiriendo estructura de gas noble.

Ejemplo o ejercicio resuelto

Actividad

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Hay dos mecanismos de formación de enlaces entre átomos, dependiendo de las configuraciones electrónicas de los átomos quese van a unir, relacionadas con su electronegatividad. Recuerda que un metal es un átomo con tendencia a perder los pocoselectrones que tiene en la capa más externa, teniendo electronegatividad baja, mientras que los no metales tienen tendencia aganarlos, ya que les faltan pocos para completarla, con lo que su electronegatividad es alta.

Imagen 9 ChristianGlaeser , Creative commons Imagen 10 de elaboración propia

Modelo para sustancias iónicas

Si reacciona un metal con un no metal, se produce una transferencia de electrones desde los átomos que tienen que perderloshasta los que necesitan ganarlos: el átomo que pierde electrones se transforma en un ión positivo (catión), mientras que el quelos gana da lugar a un ión negativo (anión). Como son cargas de distinto signo, se atraen y se mantienen unidas. El enlace sellama enlace iónico .

Modelo para sustancias metálicas

Cuando los átomos son de metal, necesitan perder electrones, pero no hay átomos de no metal para ganarlos. El modelo deenlace es más complejo que el anterior y se llama enlace metálico .

Modelo para sustancias moleculares y sustancias covalentes

En el caso de ser átomos de no metal, necesitan electrones para cumplir la regla del octete. Pero como no hay átomos que loscedan, la única posibilidad que tienen es compartirlos. Como ves en la imagen, en lugar de que cada átomo tenga sieteelectrones, comparte uno con otro átomo, con lo que tiene seis electrones sin compartir y dos compartidos -ocho en total-; elenlace formado se llama enlace covalente .

Tipos de estructuras

Tanto las sustancias iónicas como las metálicas y las covalentes forman estructuras regulares tridimensionales, llamadasestructuras gigantes o cristales . Cuantos más átomos o iones hay, más grande es el cristal. La ordenación de las

partículas a escala microscópica se reproduce a escala macroscópica, como puedes ver en el cristal de sulfato de cobre.

Sin embargo, en las sustancias moleculares hay un número finito de átomos unidos entre sí, dando lugar a partículasdiferenciadas llamadas moléculas . En la imagen se muestra un modelo de molécula de etanol (alcohol etílico)

Imagen 11 Stephanb , Creative commons Animación 1 JeanMi , Creative commons

Tipos de enlace y de sustancia

En la imagen siguiente se resumen los tres tipos de enlace y los cuatro tipos de sustancia a que dan lugar,con dos ejemplos de cada uno de ellos.

Actividad

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3. Enlace iónico

Imagen 12 Mariano Gaite , uso educativo

Formación de iones

Se forman iones por transferencia de electrones entre elementos metálicos y no metálicos: los primerospierden electrones, formando iones positivos, y los segundos los ganan, dando lugar a iones negativos.

Formación de estructuras gigantes

Es importante que tengas en cuenta que no se forma un solo ión de cada tipo. Observa la animación, en la que verás que elúnico electrón de la capa más externa de un átomo de sodio pasa a completar la última capa de un átomo de cloro, conlo quelos dos cumplen la regla del octete. Como puedes ver, se forma una gran cantidad de iones de ambos tipos, que interaccionaneléctricamente entre ellos, atrayéndose los de carga de distinto signo y repeliéndose los de carga del mismo signo. Todos esosiones se ordenan regularmente en una estructura gigante o cristal de forma cúbica, de manera que cuantos más iones seformen, porque se pone a reaccionar más cloro y más sodio, mayor será el cristal.

El tipo de ordenación de los iones se reproduce a escala macroscópica: observa los cristales de la imagen de la derecha, quetienen formas diferentes según sea la ordenación de los iones a escala microscópica.

Animación 2 Holger Schickor , uso educativo Imagen 13 Dr.T , Creative commons

Fíjate en cómo se representan los diagramas de partículas de una sustancia iónica, el KCl. A la izquierda tienes la estructura deun trozo de sustancia, y en el centro y a la derecha, la unidad elemental que al repetirse da lugar a un cristal de KCl.

Actividad

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Imagen 14 Benjah-bmm27 ,

Creative commonsImagen 15 Benjah-bmm27 ,

Creative commonsImagen 16 Benjah-bmm27 ,

Creative commons

Significado de la fórmula de las sustancias iónicas

¿Qué significa la fórmula NaCl de la sal común, cuya formación acabas de ver? Evidentemente, no quiere decir que haya un soloión de cada tipo, porque hay una gran cantidad de cada uno de ellos. La fórmula indica la proporción de iones en elcompuesto : independientemente del tamaño del cristal, siempre hay el mismo número de iones Na + que de Cl - .

Interpretación de las propiedades de las sustancias iónicas

Los iones se unen mediante intensas fuerzas electrostáticas. Por tanto, los puntos de fusión serán medios o altos (todas lassustancias iónicas son sólidas a temperatura ambiente), lo mismo que la dureza, ya que no es fácil separar iones. No conducenla corriente eléctrica en estado sólido, ya que los iones ocupan posiciones fijas en la red, pero sí lo hacen fundidos o endisolución, ya que en ese caso los iones tienen movilidad.

Mostrar retroalimentación

El sulfuro de potasio es una sustancia iónica de fórmula K 2 S. ¿Qué significado tiene esa fórmula?

Cuando el calcio reacciona con el cloro, se forma una sustancia iónica de fórmula:

CaCl

CaCl 2

Ca 2 Cl

La reactividad de los metales alcalinos

En la historia inicial viste la gran reactividad de los metales alcalinos, capaces de reaccionar con el agua. ¿Quésucede? Los átomos pierden un electrón, y con más facilidad cuanto más lejos está del núcleo, con lo queforman iones positivos para formar hidróxidos en una reacción muy violenta porque tienen una gran tendenciaa producirse.

Ahora seguro que sabes por qué la reacción del litio se puede ver de cerca, mientras que en la del cesio esmejor alejarse todo lo que se pueda.

Sin embargo, la reacción del magnesio no tiene nada que ver. Hay que provocarla calentando a la llama,aunque cuando comienza se desprende una luz muy intensa, como ya viste en un vídeo en el tema 1 de la

Ejemplo o ejercicio resuelto

AV - Pregunta de Elección Múltiple

Objetivos

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4. Enlace metálico

5. Enlace covalente

unidad 4. ¿Por qué razón? El magnesio tiene dos electrones en la capa más externa, y tiene menos tendenciaa perderlos que si solamente tuviera que perder uno.

Se utiliza el modelo del gas electrónico para explicar la estructura y propiedades de los metales. Según este modelo, los átomosmetálicos pierden electrones para quedarse con la capa más externa completa, y esos electrones quedan libres(" deslocalizados ") entre los iones positivos formados, que se ordenan formando estructuras similares a las iónicas, pero contodas las partículas iguales.

Imagen 17 Rafaelgarcía ,Creative commons Animación 3 Proyecto Newton , Creative commons

Interpretación de las propiedades de las sustancias metálicas

Al someter un trozo de metal a una diferencia de potencial producida por un generador (una pila, por ejemplo), los electroneslibres se desplazan hacia el polo positivo de la pila, el de mayor potencial eléctrico, moviéndose en un único sentido dentro delmetal. Ese movimiento de electrones es la corriente eléctrica.

En cuanto al estado físico, son todas sólidas a temperatura ambiente, con excepción del mercurio. Su dureza es media o baja,dependiendo de la intensidad del enlace: en general, las más duras tienen puntos de fusión más altos.

Se observa experimentalmente que al enfriar un metal, aumenta la conductividad de la corriente eléctrica.Esta es la base de la investigación en superconductores . ¿Cuál crees que es la razón?

Los electrones se mueven más deprisa y circulan con mayor facilidad.

Los iones metálicos se mueven menos y los electrones pasan mejor.

La energía eléctrica impulsa más a los electrones a bajas temperaturas.

Se produce por compartición de electrones cuando reaccionan átomos que tienen tendencia a ganar electrones para completarsu capa más externa, de acuerdo con la regla del octete.

Fíjate en las imágenes cómo se forman las moléculas de H 2 y de F 2 , compartiéndose un electrón de cada átomo. Los dosátomos quedan unidos entre sí debido a la compartición de electrones, originándose una molécula biatómica.

Imagen 18 Jazek FH , Creative commons Image 19 Jazek FH , Creative commons

En los casos anteriores se forman moléculas , pero hay unos pocos casos en los que los enlaces covalentes se producenentre átomos de no metal, iguales o diferentes, extendiéndose en las tres direcciones del espacio formando una estructuragigante , como sucede en el diamante: cada carbono está unido a otros cuatro, y todos los enlaces carbono-carbono soncovalentes, dirigidos en las direcciones de los vértices de un tetraedro, intensos y difíciles de romper, lo que justifica laspropiedades de esta sustancia.

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5.1 Estructuras electrónicas de Lewis

Animación 4 Brian 0918 , dominio público

Moléculas y estructuras gigantes

Las moléculas son partículas individuales, formadas por un número limitado de átomos, mientras que lasestructuras gigantes son estructuras regulares tridimensionales cuyo número de partículas unidas no tienelímite: cuantas más hay, mayor es el cristal formado.

Para explicar el enlace covalente se representan las estructuras electrónicas de Lewis , en las que se indica cómo sedistribuyen los electrones alrededor de cada átomo de la molécula. ¿Cómo se obtienen estas estructuras?

Simplemente hay que contar cuántos electrones tienen en total en su capa más externa todos los átomos que formanla molécula, y distribuirlos en pares de manera que se cumpla la regla del octete. Cada par de electrones se representacon un par de puntos o con una raya.

Hay que tener en cuenta que el hidrógeno siempre debe estar en los extremos de las moléculas, ya que con un par deelectrones cumple la regla del octete (si estuviera entre dos átomos, formaría dos enlaces y estaría rodeado por dospares de electrones), y que el oxígeno forma dos enlaces.

También hay que considerar la posibilidad de formar enlaces dobles o triples entre dos átomos, si resulta necesario, yrepresentar la molécula de forma simétrica con respecto a un átomo central.

Por ejemplo, en la molécula de agua hay en total ocho electrones para repartir en cuatro pares: seis proceden de la capa másexterna del oxígeno y dos de los dos hidrógenos. Con dos pares se forman los dos enlaces O-H, y los dos restantes se asignanal oxígeno, que queda rodeado por dos pares compartidos y otros dos sin compartir, cumpliéndose la regla del octete.

En la imagen se representan las estructuras de Lewis de varias moléculas. Los pares sin compartir se indican con dos puntospara que los diferencies, pero se suelen indicar con una raya, igual que los compartidos.

Imagen 20 de elaboración propia

Excepciones a la regla del octete

Aunque se cumple en muchos casos, hay excepciones que se dan ensustancias muy conocidas. En l a imagen puedes ver la molécula de ácidosulfúrico, en la que el átomo central está rodeado por seis pares de

Actividad

Pre-conocimiento

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5.2 Polaridad molecular

Image 21 NEUROtiker ,

dominio público

electrones, cuando la regla del octete indica que debiera estar rodeadopor cuatro pares (ocho electrones).

En otros casos, el átomo central está rodeado por dos, tres o cinco paresde electrones, o incluso por un número impar de electrones.

Simuladores de estructuras

En todos los tipos de enlace se pueden construir modelos físicos de bolas y varillas para representar lasestructuras formadas. En la imagen de la izquierda puedes ver un modelo de un compuesto del carbono, el 1-buteno.

Pero la imagen tridimensional animada permite tener una visión mucho más realista de las estructurasformadas, que se pueden manipular para girarlas, moverlas, acercarlas o incluso cambiar la forma derepresentar la estructura (varillas, bolas y varillas, etc.). Puedes imprimir un documento con las instruccioneselementales de manejo de las estructuras, y desde la imagen de la derecha acceder a una página con algunosejemplos.

Imagen 22 Renew , Creative commons Imagen 23 de elaboración propia

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Imagen 24 de elaboración propia

Observa la estructura de Lewis del ácido carbónico, H 2 CO 3 . En los ácidosoxoácidos la estructura es simétrica, con un átomo central al que se unenlos átomos de O, y los átomos de H unidos a los de O. Justifica ladistribución de los pares de electrones.

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Representa la estructura de Lewis del dióxido de carbono, CO 2 , en el que el carbono está unido a los dosoxígenos, formando cuatro enlaces.

Objetivos

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6. Los compuestos del carbono

Imagen 26 de elaboración propia

Cuando se unen dos átomos de electronegatividad diferente, el par de electrones se colocacerca del átomo que más tendencia tiene a atraerlo: el enlace es un enlace covalentepolar , o simplemente polar. Sobre el átomo más electronegativo hay más densidadelectrónica, y menos sobre el otro: se origina una cierta separación de carga, que no llegaa ser total, porque entonces el enlace sería iónico por transferencia electrónica. Observa lasituación en la molécula de HCl.

Hay moléculas con enlaces polares, como es el caso del CO 2 , pero debido a que es lineallas separaciones de carga se compensan y la molécula no es polar (es apolar). Sinembargo, son polares moléculas como el amoniaco (NH 3 ) y el agua (H 2 O).

De la polaridad molecular dependen muchas propiedades de las sustancias: por ejemplo, la capacidad disolvente del agua, unade sus propiedades más características, se da precisamente por tratarse de una molécula polar; y el aceite y el agua no semezclan porque una es una sustancia apolar mientras que la otra es polar.

Interacciones entre moléculas polares

Si una molécula es polar, manifiesta interacciones de naturaleza eléctrica con otras moléculas, orientándoseunas con respecto a otras (el extremo positivo de una con el negativo de otra).

Imagen 27 DynaBlast , Creative commons

De entre todos los compuestos químicos conocidos (más de 50 millones en noviembre de 2009, según el registro CAS que yautilizaste en el tema 1 de la unidad 4), probablemente más del 95% son compuestos del carbono, y cada año se descubren osintetizan varios millones más.

¿Cuál es la razón? Que el carbono tiene una extraordinaria capacidad de formarenlaces con otros átomos de carbono, formando cadenas carbonadas quepueden ser muy largas, con miles de átomos de longitud.

Además, el hecho de que es los compuestos del carbono son fundamentales en lasdiferentes formas de vida hace que sea un campo de investigación básico enBioquímica (DNA y genética, enzimas proteínas,etc.).

El compuesto más sencillo es el metano, cuya estructura puedes ver en la imagen.Si se sustituye un hidrógeno por otro carbono, y se completan con hidrógenos losenlaces del nuevo carbono, la molécula formada es CH 3 -CH 3 . Si uno de loshidrógenos se vuelve a sustituir por otro carbono y completar con hidrógenos, seforma propano, CH 3 -CH 2 -CH 3 .

Repitiendo el proceso con el H de un C que esté en el extremo de la molécula se vaformando una cadena de 4, 5, 6, 7, etc, átomos de carbono. El nombre delcompuesto depende precisamente de cuántos átomos de carbono hay en la cadena( 4, butano; 5, pentano; 6, hexano; 7, heptano; y así sucesivamente). Las cadenaspueden ser ramificadas además de lineales, como puedes ver en la imagen de laizquierda.

En la imagen de la derecha puedes ver un modelo de una parte de la molécula de ADN, formada por varios miles de átomos.

Imagen 28 Paginazero , dominio público Animación 5 Dietzel65 ,Creative commons

Observa la simulación siguiente. Verás que la fórmula de los compuestos se puede representar de varias formas: molecular,desarrollada y semidesarrollada, CH 3 -CH 2 -CH 3 para el propano, que es la que habitualmente se utiliza. La fórmuladesarrollada representa la estructura de Lewis de la molécula.

Actividad

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Animación 6 Flashlearning , uso libre

En el tema 4 de esta unidad verás la formulación y nomenclatura de los compuestos del carbono, calificándolos por tipos(hidrocarburos, alcoholes, ácidos, aminas, etc.) y teniendo en cuenta las ramificaciones de las cadenas carbonadas.

Desde las dos imágenes siguientes accederás a sendas páginas en las que verás simulaciones animadas de algunos compuestosdel carbono interesantes: sencillos desde la de la izquierda y más complejos, pero cuyo nombre seguramente te resultaráconocido, desde la de la derecha.

Imagen 29 de elaboración propia Imagen 30 de elaboración propia

Si no ves las imágenes animadas, debes instalar en tu navegador el plugin Chime , que puedes descargar y que se instalaautomáticamente en IExplorer, permitiendo la visualización de estructuras en formato pdb.

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Representa las estructuras de Lewis y la fórmula semidesarrollada de las siguientes sustancias, que aparecenen la imagen anterior izquierda: butano, etileno, etanol, acetona, ácido acético y benceno.

Moléulas en tres dimensiones

De entre los muchos sitios web en los que se puede ver la estructura de las moléculas, resulta destacableEDUCAPLUS , que en su módulo Moléculas 3D presenta los compuestos del carbono por grupos

funcionales, además de una sección agrupados por su aplicación (fármacos, explosivos, plásticos, etc).

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7. Propiedades de las sustancias

7.1 Fuerzas intermoleculares

La clasificación de las sustancias que has visto al comenzar este tema parte precisamente de la comparación de suspropiedades. En la imagen se ve el resumen en una tabla, que puedes descargar .

Imagen 32 de elaboración propia

Para explicar las propiedades de las sustancias iónicas se recurre a fuerzas electrostáticas entre iones o entre iones yelectrones en las metálicas, así como a la compartición de electrones en las sustancias covalentes. Pero ¿y en las sustanciasmoleculares?

Para explicar por qué el agua se puede encontrar en estado sólido hay que justificar qué fuerzas mantienen unidas las moléculasde agua. Y los enlaces covalentes explican lo que pasa dentro de la molécula, pero no dicen nada de lo que sucede entre ellas.

Por tanto, necesariamente deben existir fuerzas entre las moléculas, llamadas fuerzas intermoleculares .

Tipos de fuerzas intermoleculares

Si las moléculas son polares, se orientan entre sí debido a la separación de cargas, y más cuanto más polares son. Eso es loque sucede entre moléculas de HCl: hay interacciones dipolares , como puedes ver en la imagen.

Imagen 33 Benjah-bmm27 , dominio público Imagen 34, Michal Mañas , Creative commons

En el caso del agua, esas interacciones son particularmente intensas, y se llaman puentes de hidrógeno . Se dan entremoléculas cuya parte positiva del dipolo es el H y la negativa es F, N u O. Son muy importantes para explicar las interaccionesque se dan en procesos bioquímicos. En imagen puedes ver como se simula su formación entre moléculas de agua.

Por último, hay que explicar cómo hay sustancias cuyas moléculas no son polares y que, sin embargo, se encuentran en estadosólido a temperatura ambiente. Con ese fin se propone que hay un tipo de fuerzas llamadas dispersivas , que aumentan con lamasa de la molécula, y que están relacionadas con la existencia de dipolos instantáneos cuando se acercan la moléculas. Estasfuerzas se dan entre todas las moléculas, sean polares o no.

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7.2 Disolviendo sustancias

Tipos de fuerzas intermoleculares

Dispersivas : existen siempre entre cualquier tipo de molécula, dependiendo de su masa.

Dipolares : se dan entre moléculas polares, y son más intensas al aumentar su polaridad. Un tipoparticularmente intenso son los puentes de hidrógeno , que se producen si hay enlaces O-H o N-H.

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Compuesto T ebullición (ºC)metano -162etano -89

propano -42butano 0pentano 36hexano 68

Fíjate en los datos de la tabla siguiente. Teniendo en cuenta que setrata de sustancias no polares, justifica la secuencia de valores depuntos de ebullición.

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Los halógenos forman las moléculas biatómicas F 2 , Cl 2 , Br 2 y I 2 . A temperatura ambiente, una de lassustancias a que dan lugar es sólida, otra es líquida y las dos restantes gaseosas. Asigna a cada sustanciassu estado físico.

La solubilidad es una de las propiedades más característica e importante de las sustancias. Solamente hay que pensar enque lavida se desarrolla en medio acuoso y en que las concentraciones de determinadas sustancias son críticas para que se mantengael normal funcionamiento de los organismos.

¿Por qué se disuelven las sustancias iónicas en agua? En la simulación puedes ver un modelo. Fíjate en que el extremo negativode las moléculas de agua (los átomos de oxígeno) rodean a los iones positivos, y los extraen de la red cristalina. Y los átomosde hidrógeno, la parte positiva,se orientan hacia los iones negativos, que también pasan a la disolución.

Animación 7 de elaboración propia

Si las interacciones entre los iones son muy intensas, será difícil que se disuelva el compuesto iónico, mientras que si sondébiles, será muy soluble. Es necesario que haya interacciones entre los iones y las moléculas polares para que la disolución seproduzca: si el disolvente no es polar, como es el caso de líquidos como el hexano o el benceno, la solubilidad de las sustanciasiónicas es nula.

Por último, señalar que hay sustancias como el NH 3 y el HCl, gaseosas a temperatura ambiente, formadas por moléculaspolares, son muy solubles en agua, ya que existe interacción entre los dipolos de NH 3 y de agua, o bien porque el HCl sedisocia en iones, que interaccionan con las moléculas de agua.

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Disolventes y solutos

Se suele decir que " semejante disuelve a semejante "; es decir, que las sustancias iónicas y polares sedisuelven en disolventes polares, mientras que las no polares lo hacen en disolventes no polares.

Oxígeno y respiración

El oxígeno es un gas muy poco soluble en agua, ya que la molécula de O 2 es apolar. Si se reemplazase lasangre por agua, solamente sería capaz de disolver 15 mL de O 2 por litro, mientras que la sangre disuelveunos 1000 mL por litro, una cantidad muy superior al consumo habitual.

¿Cómo lo consigue? La sangre contiene glóbulos rojos, y en cada uno de ellos hay varios cientos de millonesde moléculas de hemoglobina, que son las encargadas del transporte del oxígeno, capturando cada moléculade hemoglobina una de oxígeno y aumentando la cantidad de gas disuelto en la sangre.

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Experimentalmente se observa que la cantidad de sal que se puede disolver en un volumen determinado deagua tiene un límite: no se puede disolver cantidades grandes de sal en volúmenes pequeños de agua.

Fíjate en el mecanismo de disolución de sólidos iónicos que se ve en la imagen anterior y sugiere a qué sedebe el hecho observado.

Las grasas son sustancias que no se disuelven en agua: a nadie se le ocurre intentar eliminar una mancha degrasa con agua, porque sabe que no va a lograrlo. ¿A qué se debe que no se disuelva?

A que las moléculas de grasa son polares.

A que las moléculas de grasa no son polares.

A que el agua es apolar.

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