Laboratorio de Química Básica

Práctica No. 1

“Enlaces”Objetivo:El Alumno Identificará el tipo de enlace que forman los átomos al unirse y formar moléculas, de acuerdo a las propiedades características que presentan.

Consideraciones Teóricas:Se les da el nombre de enlaces químicos a las fuerzas que mantienen unidos a los átomos o grupos atómicos. El conocimiento del enlace químico es importante, debido al tipo de enlace que mantiene unidas a las partículas que constituyen una sustancia, este determina sus propiedades. Los enlaces químicos más característicos son:

o IÓNICOo COVALENTE o COVALENTE COORDINADO o PUENTE DE HIDRÓGENO

ENLACE IÓNICO

Una de las propiedades atómicas sobresalientes es la electronegatividad, la cual tiene un valor bajo en los metales y elevado en los no metales; por tanto, cuando se combinan átomos de dichos tipos de elementos, puede suponerse que ocurre una transferencia de electrones del átomo metálico al átomo no metálico, formándose un catión (ion positivo) y un anión (ion negativo). La fuerza de atracción electrostática existente entre iones de cargas opuestas, constituyen el enlace llamado iónico o electrovalente.

La carga de un ion monoatómico, está determinada por el número de electrones que el átomo gana o pierde para adquirir la configuración electrónica del gas noble, que le sigue o le precede en el sistema periódico; el signo de la carga depende de que los electrones sean

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perdidos o ganados, siendo positivo en el primer caso y negativo en el segundo caso.

EJEMPLO: El átomo de magnesio de número atómico 12, tiene la siguiente configuración electrónica:

Ne10❑3 s

Por lo que al combinarse tiende a perder los dos electrones periféricos, para adquirir la configuración electrónica estable del Ne10, resultando el ion Mg + +. Por el contrario, él átomo de cloro, de número atómico 17, tiene la siguiente configuración electrónica:

Ne10❑3 s

❑3 px

❑3 py

❑3 pz

Por lo que al unirse tiende a ganar un electrón y así, adquirir la configuración estable del 18Ar, formando el ion Cl−1. Puesto que en un compuesto iónico la suma algebraica de las cargas eléctricas debe ser igual a cero, la fórmula del compuesto resultante de la combinación del magnesio con el cloro será MgCl2. Este proceso puede representarse utilizando estructuras de Lewis; esto es, mediante una ecuación con símbolos electrónicos:

La fórmula condensada de un compuesto iónico indica la relación en la cual se unen los iones.

ENLACE COVALENTE

Los átomos no metálicos presentan una electronegatividad elevada, ya que requieren electrones para completar su octeto; por tanto, al unirse entre sí no habrá transferencia de electrones, sino una compartición de los mismos.

A la fuerza de atracción existente entre los núcleos de los átomos no metálicos y el par de electrones compartido entre ellos, se le conoce con el nombre de ENLACE COVALENTE.

El número de enlaces covalentes que puede formar un átomo dado, está determinado por su número de electrones de valencia. Así por ejemplo, el átomo de carbono, con 4 electrones periféricos, formará 4 enlaces covalentes, ya que necesita 4 electrones para completar su octeto; en cambio, el átomo de hidrógeno, con un electrón periférico, formará un solo enlace covalente, pues requiere un electrón para adquirir la estructura estable del helio.

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De tal manera, que al combinarse ambos elementos se unirán cuatro átomos de hidrógeno con un átomo de carbono, formando un compuesto que se puede representar mediante la fórmula CH 4. La valencia de un átomo unido por enlaces covalentes, es igual al número total de pares de electrones compartidos con otros átomos.

En ciertos casos, dos átomos pueden unirse compartiendo entre ellos dos o tres pares de electrones, originando un doble o un triple enlace covalente. Las distancias entre átomos unidos por enlaces múltiples son más cortas que las existentes entre átomos unidos por enlaces sencillos, ya que estos últimos son más débiles.

Un conjunto de átomos unidos mediante enlaces covalentes constituye una MOLÉCULA.

En términos más amplios, una molécula puede considerarse como la partícula más pequeña de una substancia pura (elemento o compuesto), que presenta sus propiedades y puede existir en libertad. Las propiedades de una molécula están determinadas por el número, tipo y arreglo de los átomos que la forman.

Así, las moléculas de los elementos se componen de una sola clase de átomos mientras que, las moléculas de un compuesto substancia formada por la unión química de dos o más elementos, en proporciones definidas están constituidas de dos o más clases de átomos. Por ejemplo, una molécula de oxígeno está formada por dos átomos de dicho elemento; en cambio, en la molécula de agua existen dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

Las moléculas se representan mediante diferentes tipos de fórmulas, destacando entre ellas las siguientes:

1. La condensada o molecular, que indica solamente la composición de la molécula; es decir, el número y la naturaleza de los átomos que la forman.

2. La electrónica o de Lewis, que indica la distribución de los electrones periféricos en los átomos enlazados.

3. La desarrollada, que muestra la estructura de la molécula, al señalar los enlaces existentes entre sus átomos. El enlace covalente se representa, en una fórmula desarrollada, con una línea o trazo de valencia y en una fórmula electrónica o estructura de Lewis, con dos marcas colocadas entre los dos símbolos.

ESTRUCTURA DE LEWIS

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Con el surgimiento de la tabla periódica, se logró tener los fundamentos para saber por qué los átomos formaban moléculas.

Gilbert Lewis propuso que los átomos forman compuestos, para tener una configuración electrónica más estable, lo cual ocurre cuando los átomos de la molécula formada logran tener 8 electrones de valencia.

Para poder entender cómo se forman estos enlaces químicos, sin tener problemas con la cantidad de electrones de valencia, se utiliza el modelo de Lewis, en el cual, sólo se representan con puntos o alguna figura, cada uno de los electrones de valencia de cada átomo.

Dependiendo de que la electronegatividad de los átomos enlazados sea igual o diferente, el enlace covalente resultante se clasifica como no polar en el primer caso y como polar en el segundo. Mientras que en el enlace covalente no polar el par electrónico es compartido equitativamente por ambos átomos, el enlace covalente polar, ocurre un desplazamiento de los electrones compartidos hacia el átomo más electronegativo, lo que origina la formación de cargas parciales.

ENLACE COVALENTE COORDINADO O DATIVO

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El enlace covalente coordinado consiste en la compartición de un par de electrones por dos átomos, pero proporcionado por uno de ellos solamente. Para que se forme este tipo de ligadura se requiere un átomo “donador”, que tenga un par de electrones en un orbital exterior y otro átomo “aceptor”, que pueda recibir un par electrónico en su capa de valencia. Este enlace es común en los óxidos no metálicos, en los iones poliatómicos y en los iones complejos de los metales de transición.

Electronegatividad.

La electronegatividad, es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico. A mayor electronegatividad, mayor capacidad de atracción.

La electronegatividad no es relativa, pues, sólo se puede medir respecto a otros elementos. Linus Pauling logró desarrollar una forma de calcular la electronegatividad de los elementos y éstas fueron capturadas después en la tabla periódica.

De acuerdo a la tabla periódica, la electronegatividad aumenta de derecha a izquierda, es decir, de la cantidad más pequeña de electrones de valencia a la más grande; y de abajo hacia arriba, es decir, del periodo más grande al más pequeño.

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Como se puede observar en la tabla periódica, el elemento más electronegativo es el flúor, al cual sólo le falta un electrón para completar su octeto y además su periodo es de dos, lo cual indica que sus electrones de valencia están más atraídos por el núcleo que otros elementos, debido a que su radio atómico es menor.

Por su parte el Francio es el elemento menos electronegativo, ya que necesita 7 electrones para completar su octeto y además su radio atómico es muy grande. Por esta razón, el francio suele ceder sus electrones, ya que es más fácil para éste elemento completar de esta forma su octeto.

ENLACES COVALENTES CON HIDRÓGENO

El hidrógeno es uno de los elementos más particulares que existen. Una de estas particularidades es que a pesar que el hidrógeno está en la familia IA, este no forma enlaces iónicos, sino covalentes, debido a que si el electrón cediera su único electrón, este quedaría aún más inestable, pero tampoco puede completar el octeto, debido a que necesitaría 7 electrones más para hacerlo. Pero, como el hidrógeno sólo tiene espacio para dos electrones de valencia (ya que su último nivel, es el nivel 1, donde sólo puede haber 2 electrones), éste tratará de compartir su electrón para asemejarse al helio, un gas noble que no forma el octeto y a pesar de eso se mantiene estable.

Cuando el hidrógeno forma una molécula de ácido clorhídrico al enlazarse con un cloro, a pesar de que tienen enlace covalente, el ácido clorhídrico se disocia en agua, formando H3O+ + Cl-. Como podemos observar, esta solución permite conducir la corriente eléctrica, pues, está ionizada.

Material Reactivos

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2 vasos de precipitados de 100cm3

2 electrodos de Cobre

1 Portalámparas 1 Lámpara

incandescente 2 Extensiones con

caimanes 1 Cápsula de

porcelana 1 Pinza para

cápsula 1 Mechero, anillo

y tela de alambre con asbesto

Soluciones a 30gL de:

a) Cloruro de Sodio (NaCl)b) Nitrato de Potasio (KNO3

)c) Azúcar (C12H 22O11)

Soluciones al 50% volumen de:a) Ácido Clorhídrico (HCl)b) Ácido Acético (CH 3COOH)c) Alcohol (C2H 5OH ¿

Tetracloruro de carbono (CCl4 ¿

Cloruro de Sodio (NaCl) granulado

Azúcar (C12H 22O11) granulada

Desarrollo de la práctica

Procedimiento A

1. Marque los vasos limpios de 100 cc, con una etiqueta, indicando NaCl, KNO3 C12H22O11, HCl, CH3COOH, C2H5OH Y CCl4 respectivamente; vierta en cada uno aproximadamente 20cm3 de la solución correspondiente. En el vaso sin solución, vierta aproximadamente 30 cm3 de agua destilada.

2. Monte el circuito como se indica en la figura siguiente, colocando inicialmente los electrodos en el vaso que contiene agua, con el objetivo de limpiarlos

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3. Pruebe el circuito poniendo en contacto los dos electrodos fuera del agua; si el foco prende, continúe, en caso contrario, revise el circuito.

4. A continuación introduzca los electrodos en la solución de NaCl, como se indica en la figura; anote si enciende o no el foco.

5. Retire los electrodos de la solución de NaCl, introdúzcalos en el vaso con agua para enjuagarlos y séquelos.

6. Repita los pasos 4 y 5 para cada una de las sustancias, anotando en la tabla del cuestionario, si enciendo o no el foco.

Procedimiento B

1. Coloque una cantidad pequeña (unos cuantos granos) de azúcar (C12H22O11) en la capsula de porcelana y caliente hasta la fusión. Tome el tiempo aproximado que requirió

2. Deje enfriar la capsula, límpiela calentando con agua, deje enfriar, séquela y a continuación coloque sobre la misma, unos cuantos granos de sal (NaCl).

3. Caliente la capsula con el NaCl por un tiempo similar al requerido por el azúcar para fundirse. Observe cual se funde más rápido.

Electrodos en NaCl.

Al colocar los electrodos del circuito en cloruro de sodio la lámpara del circuito enciende.

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Al retirar los electrodos, se enjuagaran con agua.

Enlace Iónico.

Electrodos en CH 3COOH

Enlace covalente.

Electrodos en C12H 22O11

Enlace Covalente.

Electrodos en HCl

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Enlace Iónico.

Electrodos en KNO3

Enlace Iónico.

Electrodos en C2H 5OH

Enlace covalente.

Electrodos en CCl4

Enlace Covalente

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En el experimento número 2 en una capsula de porcelana.

Se le agrega azúcar a la capsula de porcelana y se pone al fuego, en cuanto esto se hace es necesario tomar el tiempo de fusión.

Al termino se lava la capsula de porcelana, y se agrega Sal y se pone al fuego, del mismo modo se toma el tiempo de fusión.

Cuestionario:

Procedimiento A11

1. Llene la siguiente tabla:

Solución NaCl

CH 3COOH C12H 22O11 HCl KNO3 C2H 5OH CCl4

¿Encendió la

lámpara? (sí o no)

Sí No No Sí Sí No No

Tipo de enlace

(iónico o covalente

)

Iónico

Covalente Covalente Iónico

Iónico Covalente Covalente

Procedimiento B

2. En el procedimiento B, ¿Qué sustancia funde más rápido y qué carácter de enlace predomina? Los granos de azúcar. Enlace covalente ¿En la otra sustancia cuál es el carácter de enlace que predomina? Enlace Iónico.

3. Describa los enlaces existentes (según Lewis) entre cada uno de los átomos que forman las sustancias analizadas (excepto para el azúcar).

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4. Según la tabla de diferencias entre las electronegatividades de los elementos, escriba la mayor posibilidad de enlace (ionice o covalente) entre los átomos siguientes:

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Elemento Electronegatividad

Na 0.9Cl 3.0K 0.8O 3.5C 2.5H 2.1

5. ¿Hay coherencia entre lo concluido experimentalmente y sus respuestas de la

pregunta 4? (Sí o No). ¿Hay alguna excepción? En caso de haber excepción, ¿Cuál es? No, Sí el HCl. Es un ácido muy fuerte y se disocia completamente en agua y eso hace que sea fuertemente electrolítico o conductor de electricidad. El Hidrogeno (H) pierde electrones, mientras que el Cloro (Cl) gana por lo tanto si se forman iones se debe conducir la corriente eléctrica.

Observaciones

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Elementos EnlaceNa y Cl IónicoK y O Iónico

Cl y H (en el HCl) Covalente polarC y H Covalente puroK y O IónicoC y O Covalente polar

El ácido clorhídrico (HCl) tiene enlace iónico lo que lo hace buen conductor. También porque es un ácido muy fuerte y se disocia completamente en agua y eso hace que sea fuertemente electrolítico o conductor de electricidad. Además porque el HCl se disocia en su totalidad en H+ y Cl - es por eso que conduce la electricidad.

Cada compuesto químico se funde a una dada temperatura tienen diferentes temperaturas de fusión y esa temperatura depende de la interacción de las moléculas del compuesto entre sí. El azúcar se funde a temperaturas bajas porque forma cristales donde sus moléculas tienen relativamente poca interacción o menor que las moléculas de la sal que forman un cristal mucho más estable por su interacción, por ende tiene mayor punto de fusión.

Durante la práctica se logró observar que cada sustancia tenía propiedades específicas. 

ConclusionesEn la presente práctica hemos podido conocer un poco más de ellos, así como comprobar dos de las características que presentan los tipos de enlaces que son la de la Conductividad Eléctrica y la de la Fusión.Por una parte con encontramos con el procedimiento A en el cual hemos podido encontrar que solamente 3 sustancias de las que se encontraban para la experimentación, eran las que lograban la conducción de corriente eléctrica, permitiendo que el foco se encendiera. Estas sustancias son el Cloruro de Sodio, el Ácido Clorhídrico y el Nitrato de Potasio, por lo que se deduce que estas sustancias presentan un enlace iónico, a excepción del Ácido Clorhídrico debido a que este presenta un enlace covalente pero como se encuentra contenido con agua, este funge como catalizador para lograr la conducción que se observa en la experimentación. Por otra parte, el Ácido Acético, el Azúcar granulada, el Alcohol y el Tetracloruro de Carbono, al encontrarse principalmente formados por enlaces covalentes, estos no conducen electricidad evitando que el foco encienda.Por parte del procedimiento B sirvió para determinar el tipo de enlace que conforman al azúcar y a la sal a través de la característica de fusión, por lo que se observó que como la sal de mesa o Cloruro de Sodio, está formado por enlaces iónicos, estos presentan la característica de poseer altos puntos de fusión, por lo que a pesar del tiempo en el que se expuso, esta no se derritió. En contraste, el azúcar se derritió en un tiempo de 1.46 minutos debido al hecho de que se conforma de enlaces covalentes presentando la característica de poseer bajos puntos de fusión.Finalmente se logró realizar la identificación de los enlaces por medio del modelo de puntos de Lewis y gracias a esto, se analizó en forma gráfica,

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cómo es que se comportan los átomos de diferentes elementos y la razón por la cual forman enlaces entre ellos.

Se puede decir que en cada sustancia existen comportamientos de materia diferentes, las cuales hacen que tengan propiedades únicas sobre el tipo de comportamiento electronegativo tenga este (ósea que esas fuerzas hacen que las sustancias presenten un tipo de enlace entre las moléculas).Cuando se forman compuestos se hacen mediante la unión de electrones generando un enlace. Para que los electrones se unan y formen un enlace deben ocupar el mismo orbital. Además, los núcleos (positivos) de los átomos así enlazados ejercen una fuerza de atracción electrostática sobre los electrones (negativos) involucrados en el enlace.  Experimentando con las sustancias se puede comprobar el tipo de enlace que se presenta, salvo excepciones. Así como el tiempo de fusión de dos compuestos que en realidad siempre nos vamos con esa idea que cualquier compuesto tiene las mismas propiedades físicas y químicas, pero no es así, unos reaccionan a mayor o menor tiempo y temperatura. En cuanto los enlaces me parece interesante la compresión de la estructura de Lewis y de ahí partir para determinar los tiempos de enlace que presenta cada elemento entre sí. Que tan increíble es la química que con ciertas sustancias puedes crear nuevos conocimientos y experimentos.

Bibliografía

Chang, R. (2010). Química. México D.F.: McGraw Hill, 10ma edición (6ta en español)

Sherman, A., Sherman, S. y Russikoff, L. (1999). Conceptos básicos de química. México, D.F.: CECSA, 6ta edición.

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Cuevas Matas, León Rodríguez. (1996) Descubre el mundo de la Química 1. Ed. Ultra S.A. México, D.F.

Rocha León, Alonso y Rincón Arce, Álvaro. (1977). ABC de Química. Ed. Herrero S.A. México, D.F.

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