Enlace Químico Gus 2
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Enlace Qumico
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En qumica pocos trminos son tan difciles de definirde modo preciso como el de
enlace qumico.
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Segn Linus PaulingSe establece un enlace
qumico entre dos tomos ogrupos de tomos
cuando las fuerzas que
actan entre ellos son dendole tal que conducen a laformacin de un agregadocon suficiente estabilidad,
que es conveniente para elqumico considerarlo como
una especie molecular
independiente.
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Segn Sir Isaac Newton
Las partculas se atraenunas a otras por algunaclase de fuerza, que essumamente fuerte cuando
se hallan en contactoinmediato, que efecta lasoperaciones qumicas a
distancias pequeas yllega no muy lejos de laspartculas con cualquierefecto sensible.
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Las definiciones del enlace qumico
Un enlace qumicoes unafuerza lo suficientemente
intensa que acta, entre dostomos o grupos de tomos
para mantenerlos unidos
originando especiesdiferenciadas, estables, quetienen propiedades
mensurables.
Un enlace qumico se puededescribir refirindoseal
cambio de energa que seproduce cuando los tomos,los iones, o los grupos de
tomos se aproximan entre slo suficiente para
interaccionar.
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Por qu se unen los tomos?
Porque as consiguen ms estabilidad.
Qu es para un tomo la estabilidad?Conseguir la configuracin electrnica de gas noble.
Cmo se consigue configuracin de gas noble?
Los tomos pueden conseguir configuracin de gas noble detres formas:
ganando, perdiendoo compartiendoelectrones conotros tomos.
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Las claves
*las estructuraselectrnicas de los tomos.
*la naturaleza de lasfuerzas qumicas dentro de
los compuestos.
Examinaremos las relaciones entre:
- Estructuraelectrnica
- Fuerzas de enlacequmico
- Propiedades de lassustancias.
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Era conocida la alta estabilidad de unos ciertos
tomos que por su poca reactividad se haban
llamado "gases nobles"; stos tenan en comn el
disponer en su ltima capa un cierto nmero de
electrones (2 para el helio y 8 en todos los otros
casos).
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Veremos que resultatil clasificar las
fuerzas qumicas entres grupos amplios:
1.-Enlaces
inicos2.-Enlacescovalentes
3.-Enlacesmetlicos
y
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1.-ENLACE INICO
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1.1.- Introduccin al Enlace Inico.
Ciertos compuestos
qumicos sencillos,debido a la semejanza
de sus propiedades,
pueden agruparse porsus caractersticas.
- Son slidos
- No voltiles
- Conductividad elctrica esmuy baja en estado slido
- Aumenta marcadamente porfusin
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Agua destilada sola Sal Slida Sal Disuelta
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La idea de que los electrones pueden ser
transferidos de unos tomos a otros, convirtindose
ambos, receptores y donadores, en iones; fuesugerida primeramente por J.J. Thomson y
desarrollada por Kossel en 1916.
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Describiendo el modelo en su forma ms elemental, se
supondr que el enlace se produce cuando iones de
diferente signo elctrico se aproximan lo suficiente
para unirse electrostticamente.
Estas hacen que cada in tienda a rodearse delmximo nmero de iones de signo opuesto que sus
respectivos radios permitan.
-+
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Enlace Inico.
El trmino enlace inico se refiere a las fuerzas
electrostticas que existen entre iones con carga opuesta.
Los iones pueden formarse a partir de tomos por latransferencia de uno o ms electrones de un tomo a otro.
Las sustancias inicas casisiempre son el resultadode la interaccin entre
metales de la extremaizquierda de la tablaperidica yno metales dela extrema derecha.
(excluidos los gases nobles, grupo 8A).
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Al ganar o perder electrones,cambiael tamao de los iones
Los
positivos
ms
pequeos
Losnegativos
ms
grandes
Gris = tomo neutro
Rojo = catinAzul = anin
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IMPORTANCIA:
-Determina la energa de red del slido.
-Determina la estructura de red del slido
-El tamao de los iones rige sus propiedades endisolucin
-Pequeas diferencias en el tamao inico, sonfundamentales en su importancia biolgica
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El enlace inico no es direccional: cadaion se rodea de tantos del signo opuestocomo permitan la relacin de tamaos.
En los iones de igualnmero de valencia el
nmero de vecinos quecada ion tiene de iones
del signo opuesto es elmismo.
En caso contrario los
nmeros de coordinacinde anin y catin difieren.
Las propiedades de estos slidos son consecuencia de su altaenerga reticular.
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Estructura de los slidos inicos
Un slido inico, suele ser, un slido cristalino cuyos ionesestn ordenados en disposiciones bien definidas.
El orden caracterstico de losslidos cristalinos nos permitetener una imagen de todo un
cristal examinando una pequeaparte de l.
Podemos imaginar que elslido se forma apilandobloques idnticos, que sedenominancelda unidad
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Estos slidos suelentener superficies
planas o caras queforman ngulos
definidos entre s.
Un slido cristalino puederepresentarse mediante unamatriz tridimensional que se
denomina red cristalina.
Son duros pero a la vezmuy frgiles
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Algunas propiedades de los Slidos Inicos.
Los compuestos inicos estn formados por iones
ordenados segn una cierta estructura.
lo que carece enla prctica desentido.
La molcula no existe ocasionalmente, enfase gaseosa.
En rigor una "molcula" de sal (NaCl)n
Todas las propiedadesmacroscpicas de la materia
que tengan relacin con laprdida de coherenciadependern, directa oindirectamente de la energa
reticular.
Las substancias inicas slidastienen, en general, valoresaltos de energa reticular encomparacin con otros tipos deslidos.
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Conductividad Elctrica.
Na NaCl
C C
1W
1
W
Comparada con la de otros slidos, por ejemplo un metal,
los slidos inicos se comportan de manera opuesta. Engeneral, son aislantes a T ambiente.
En los metales laconductividad es
debida al movimientode los electrones.
Las sales fundidas = conductividad desegunda especie
Transporte de partculas con carga, comolos iones.
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Dureza.
La energa reticular (U) esuna medida del trabajo
necesario para deshacer la
estructura cristalina.
La dureza al rayado representa una destruccin del cristal.
La resistencia a serrayado (Dureza) aumenta
al aumentar U (en
mdulo).
En una propiedad como la dureza se manifiesta la influencia
de los diferentes factores que afectan a la magnitud energareticular.
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Puntos de fusin
La temperatura necesaria para que los iones puedan
abandonar la posicin en el cristal es elPunto de fusin
La fusin
corresponde auna prdida de
rigidez entre las
partculas
elementales
(iones en los
slidos ionicos).SLIDO INICO SLIDO INICO FUNDIDO
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+ carga + T Fusin
+ distancia - T Fusin
La fusin exige
consumo energticoque posibilite ladestruccin de la
estructura cristalina,
por lo tanto el puntode fusin de losslidos depender dela energa reticular
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Solubilidad
Cada uno de los iones se podr rodear de "partculas" del
disolvente recomponiendo una nueva estructura que ya no esla cristalina
pero en cuyaformacin
tambin se
produce unaalteracin delestado
energtico delsistema
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La solubilidad es una
propiedad ms compleja
que las anteriores
-implica a las propiedades
del disolvente
-y a la interaccin
disolvente-soluto
A la energa que selibera en esa
reordenacin se le
llama de solvatacin
y en particular, cuandoel disolvente es agua se
le llama hidratacin.
Pero la solubilidad depender adems de otros factores:
La variacin de entropa La constante dielctrica del disolvente
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2.-ENLACE COVALENTE
Cl2
http://images.google.es/imgres?imgurl=http://www.natulinea.com/nutricion/wp-content/uploads/2007/11/foto-aceite.jpg&imgrefurl=http://www.natulinea.com/nutricion/beneficios-de-consumir-aceite-de-oliva/&usg=__l7bAgZv71mjA4OlLhAz-67_bA0I=&h=388&w=300&sz=16&hl=es&start=8&sig2=CXwsEDasvGyaY6UFfDrhOA&um=1&tbnid=QRrEnfmGtX7IfM:&tbnh=123&tbnw=95&ei=rIsiScS_GILG0gWsoPhi&prev=/images%3Fq%3Daceite%26um%3D1%26hl%3Des%26rlz%3D1T4HPEA_esES260ES260%26sa%3DN -
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Las sustancias inicas poseen diversas propiedadescaractersticas:
-Suelen ser sustancias quebradizas.
-Poseen un punto de fusin elevado.
-Son cristalinas y no conducen la corriente en estado slido.
Introduccin al enlace covalente
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La gran mayora de las sustancias qumicas no poseen lascaractersticas de los materiales inicos.
Entramos en contacto diariamente con una proporcinelevada de las sustancias
Para esta clase tan grande de sustancias que no se comportancomo sustancias inicas
necesitamos un modelo diferente para el enlace entre los
tomos.
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G. N. Lewis razon que un
tomo podra adquirir una
configuracin electrnica de
gas noble compartiendo
electrones con otros tomos.
Un enlace covalente es el
resultado de compartir
electrones entre dos tomos.
Los ejemplos ms conocidos de enlaces covalentes se observanen las interacciones de los elementos no metlicos entre s.
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Los electrones que participan en un enlace qumico se les
llamaelectrones de valencia
( del latn valere, ser fuerte).
Estos electrones residen en las capas electrnicas msexternas de un tomo, que es la parcialmente ocupada.
Lewis representa los electrones de valenciapor puntos.
Es una forma til de representarlos y de seguirlesla pista en la formacin de enlaces.
X
Smbolos de Lewis y regla del octeto
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La molcula de hidrgeno, H2 , ofrece el ejemplo ms sencilloposible de enlace covalente.
De forma anloga, cuando dos tomos de cloro se combinan
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con una lnea
Siguiendo estaconvencin, lasestructuras de
Lewis se dibujanas:
Al escribir
estructuras deLewis,indicamos
cada par de electronescompartido
como puntos los pares de electronesno compartidos
H2
Cl2
ypara
Los pares de electrones compartidos no se encuentran enposiciones fijas entre los ncleos.
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Como se forma la molcula de H2?
++
Los ncleos se repelen Pero atraen a los electrones Ambos comparten los electrones
Es casi imposible hacer un tratamiento mecano-cuntico completopara las molculas excepto para la ms sencilla: la de H2.
++
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Para los no metales, el nmero de electrones de valencia esigual al nmero de grupo. Y formarn enlaces ... hasta
completar el octeto.
Estas prediccionesse cumplen en
muchoscompuestos.
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El modelo de Lewis logra explicar la composicin demuchos compuestos formados por no metales, en los
que predominan los enlaces covalentes.
... Y LOS ENLACES MLTIPLES
Enlace sencillo Compartir un par de electrones
Doble enlace Se comparten dos pares deelectrones
Triple enlace Se comparten tres pares deelectrones
T d bit l l l
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Los modelos que hemos visto hasta ahora no explican todos
los aspectos de los enlaces.
Por ejemplo, no
logra describir
los estadosexcitados de las
molculas
lo cual
debemos
entender siqueremos
explicar
- cmo lasmolculas
absorben luz
- que las hacetener distintos
colores
Algunos aspectos de los enlaces se explican mejor con otro
modelo llamadoTeora de orbitales moleculares.
Teora de orbitales moleculares
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Los electrones de
los tomos
existen enestados de
energa
permitidos, que
llamamos
orbitales
atmicos.
La teora de orbitales
moleculares describe los
electrones de las
molculas como si
existieran en estados de
energa permitidos
llamados orbitales
moleculares.
De forma similar
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Los orbitalesmoleculares
tienen muchas
caractersticassemejantes alos orbitales
atmicos.
-Los orbitales moleculares contienenun mximo de dos electrones (conespines opuestos).
-Tienen energas definidas
-Por otro lado, los orbitales molecularesestn asociados a la molcula entera,no a un solo tomo
-Sus distribuciones de
densidad electrnica sepueden visualizarutilizandorepresentaciones de
contorno
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Por ejemplo, en la molcula de N2
La distancia media entre dos tomos de nitrgeno enlazados
vara segn el nmero de pares de electrones compartidos
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CH H
H
H109.5
NH H
H
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AB2Angular
Plana triangular
Forma de T AB3
Cuadrada plana AB4
Octadrica AB6
Bipiramidal trigonalAB5
Lineal
Piramidal trigonal
A t l l i l l
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A vecesnos encontramos con molculas o ionesen los que ladisposicin conocida de los tomosno puede describirse
adecuadamentecon una sola estructura de Lewis.
Consideremos el ozono, O3
Molculasflexionadasen las que
ambasdistanciasOO soniguales
Cada tomode oxgenocontribuyecon seis
electrones dela capa devalencia
Lamolculade ozonotiene 18
electronesde capa de
valencia
Es necesarioincluir un doble
enlace paraobtener unocteto de
electrones encada tomo
La flecha con dos puntas indica que las estructuras mostradas son estructuras en resonancia.
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Cul es la estructura molecular correcta?
Cada una requiere que
un enlace OO seadiferente del otro, lo que
no concuerda con laestructura observada.
Estas dos estructuras de Lewis
alternativas para el ozonoson
equivalentes; yse denominan
estructuras de resonancia.
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Polaridad de los enlaces
Los pares de electrones que se comparten entre dos tomosdistintos en multitud de ocasiones no se comparten
equitativamente.
Podemos visualizar dos casos extremos en el grado en que
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Podemos visualizar dos casos extremos en el grado en quelos pares de electrones se comparten.
En un extremo tenemos losenlaces entre dos tomos
idnticos, como en H2, dondelos pares de electrones se
comparten equitativamente.
En el otro extremo,ilustrado por el NaCl,
los electronesprcticamente no se
comparten.
Los enlaces que ocurren en la mayor parte de las sustancias covalentes
quedan en algn punto entre estos dos extremos.
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En un enlace covalente polar uno de los tomos ejerce una
atraccin mayor sobre los electrones de enlace que el otro.
La electronegatividades la capacidad de un tomo en unamolcula para atraer electrones hacia s mismo.
La electronegatividad de un tomo en una molcula estrelacionada:
Que son propiedades de los tomos aislados.
-con su energa de ionizacin
-con su afinidad electrnica
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-
+
-
+
ATRAER ELECTRONES DE OTROS TOMOS Y SE RESISTIR A DEJAR IR SUS ELECTRONES.
Un tomo ser muy electronegativo si tiene:
-una energa deionizacin elevada
-una afinidad electrnicamuy negativa
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Siempre que dos cargas elctricas de igual magnitud perosigno opuesto estn separadas cierta distancia, se establece
un dipolo.
El tamao de un dipolo semide por su momento
dipolar, denotado con m
Si dos cargas de igualmagnitud, Q+ y Q- estn
separadas una distancia r, elmomento dipolar es el
producto de Q y r .
m = Qr
El momento dipolar aumenta al aumentar la magnitud de lascargas separadas y al aumentar la distancia entre las cargas.
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En esta suma de vectores debemos considerar tanto lasmagnitudes como las direcciones de los dipolos de enlace.
Polar Polar
Polar
No polar
No polarNo polar
Polar
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H- F
d+ d-
Una molcula es polar si sus centros de carganegativa y positiva no coinciden.
Un extremo de una molcula
polar tiene una pequeacarga negativa El otro extremo, unapequea carga positiva.
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Ante la presencia de un campo elctrico las molculas polaresse orientan reduciendo la efectividad del campo elctrico.
Esta disminucin es de 80 veces en el caso del agua.
Las excepcionales propiedades del agua como disolvente sedeben a que es una molcula polar.
La presencia de dipolos haceque la atraccin entre
molculas sea mayor y portanto los puntos de fusin yebullicin de las molculas
polares son mayores que losde las no polares.
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Slidos covalentes. Lminas y cadenas.
Dentro de los compuestos covalentes hemos hablado de
Gases y Lquidos
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Los slidos que presentan slo enlaces covalentes:
El cristal no contiene molculas aisladas, son redes tridimensionales.
Las fuerzas quemantienen el retculo
cristalino son muygrandes y de ah laspropiedades de estos
slidos:
- Altos puntos de fusin y ebullicin
- Elevada dureza
- Insolubilidad en agua y otros disolventes- Baja dilatacin trmica
-Malos conductores de la electricidadEjemplos: diamante,
SiC, BN, NiAs
Adems, existe un conjunto de compuestos de transicin entre lassustancias tpicamente covalentes e inicas: BeO, Al2O3SiO2, TiO2
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Estructura tridimensionaldel diamante
Estructura del NiAs
(esferas pequeas= tomosde Ni; Grandes= tomos de
As)
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LAMINAS Y CADENAS
La unin covalente origina tambin slidos con estructura laminar (fsforo
negro, grafito) y en cadenas (azufre, plstico, SiS2, HgO)Las lminas y cadenas estn unidas por fuerzas mucho ms dbiles, y por
tanto presentan fcil exfoliacin. Son conductoras de la electricidad.
Grafito hexagonal
ABA
Grafito rombodrica
ABCA
SiS2 Fosforo negro
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3.-ENLACE METLICO
I t d i l E l M tli
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Introduccin al Enlace Metlico
en razn de sus especialespropiedades
Los slidos
metlicosconsistenexclusivamente entomos de metal.
Lasestructuraspueden ser
Hexagonal compacto.
Cbico centrado en las caras.
Cbico centrado en el cuerpo.
Entre los materiales de usoindustrial que el hombre ha
venido utilizando a lo largo detoda su historia han sido
precisamente los metales los
que han permitido unaaplicacin ms verstil
sobre todo por lacualidad ms importantela plasticidad.
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cada tomo normalmente tiene 8 o 12tomos adyacentes.En los cristales
metlicos poseen alta energa reticular, elevadasconstantes fsicas, etc.
A pesar de esasemejanza, de
tipo geomtrico,
existenimportantesdiferencias:
Son conductores de la electricidaden estado slido
Son buenos conductores del calor
Poseen brillo caractersticoSon plsticos, (se deforman sin
rotura frente a los esfuerzos de tipomecnico.)
De todas estas propiedades
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De todas estas propiedadescaractersticas:
Ninguno de los enlaces estudiados hasta aqu es capazde proporcionar explicacin para las propiedades de los
materiales que conocemos como metales.
Adems del conocimientoqumico de que los tomosmetlicos tienen carcter
bsico ms o menospronunciado.
Se puede inferir que loselectrones, dentro de la redcristalina, se pueden mover
con libertad.
El nmero de electrones de
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Por ejemplo, el cobre
posee una estructura
cbica compacta en la
cual cada tomo de
cobre est en contactocon otros 12 tomos
de cobre.
El nmero de electrones decapa de valencia disponiblespara la formacin de enlaces
Es insuficiente para que un tomode cobre forme un enlace de parelectrnico con cada uno de sus
vecinos.
Para que cada tomo comparta sus electrones enlazantescon todos sus vecinos, estos electrones deben ser capaces
de moverse de una regin de enlace a otra.
Teora de Drude
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Teora de Drude
La teora de Drude
tambin es llamada del"gas" o"atmsfera"electrnica, o modelo de
marde electrones paralos enlaces metlicos.
En este modelo el metal
se representa como unconjunto de cationesmetlicos en un "mar" de
electrones de valencia
Los restos positivos (en lo que se han convertido los tomos
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La repulsin entrerestos positivos no se
produce
p ( qque liberaron sus electrones) quedan en los nudos de la red
sumergida en
una nube desus electrones
Debido al efecto deaglutinante que ejerce la
nube de electrones.
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Debido a su gran
movilidad, se podrntrasladar cuando sevean sometidos a un
campo elctrico ocuando, la diferencia de
temperatura provoquela agitacin trmica,transportando calor.
Existe una unin colectiva entre la comunidad de
electrones y la comunidad de restos positivos.
Los
electronesestn
distribuidosde manera
uniforme entoda la
estructura.
Los electronesson mviles y
ningnelectrn en
particular estconfinado a
un ionmetlicoespecfico
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La capacidad dedeformacin de los
metales
Se puedenexplicar por el
hecho de quelos tomosmetlicos se
puedenmover sin
que serompanenlaces
especficos
El material seadapta sin
dificultad alcambio deposicin de los
tomos, productode la nueva
forma del metal,a travs de unaredistribucin delos electrones.
Maleabilidad(lminas)
Ductilidad
(hilos)
Pl ti id d
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Plasticidad
Con esta teora, la plasticidad queda explicada muysatisfactoriamente
Las posiciones de todos
los tomos sonequivalentes, en estadoslido
Debido a la existencia de
un enlace colectivo -nodireccional
Una deformacin plstica implica desplazamientos entreplanos de tomos dentro de un cristal, sin atravesar por la
etapa rotura.
En los metales los electrones de las capas ms exteriores
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El brillo metlicocaracterstico
prequieren poca energa para saltar entre capas prximas
(vacas)
(propiedad de devolvertodas las radiaciones quealcanzan la superficie del
metal)
El color variable entre lasdiferentes formas de
oxidacin de los metales ocationes
(es suficiente la luzvisible para provocarsaltos entre capas
vacas muy prximas)
O el efecto fotoelctrico
