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Teora atmica IV: Enlace qumico

Ciencias Plan Comn

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Contenidos

Enlaceinico.Enlacecovalentepolaryapolar.Enlacecovalentecoordinado.

EstructuradeLewis.Regladelduetoydelocteto.

Formasgeomtricasdelenlacequmico,segnlamolculaenquesepresenta.

Aprendizajes esperados

Conoceryrelacionarlosdiferentestiposdeenlacesqumicos.

Conocerlageometramoleculardedistintoscompuestosqumicoseiones.

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Habilidades de la clase

Cabehacernotarlarelevanciaquetieneelhechodeescucharatentamentelaexplicacindetuprofesor,yaquelaP.S.U.noesslodominiodecontenidos,sinotambindominiodehabilidades.

Estashabilidadessedefinenacontinuacin.

Reconocimiento:conocerinformacinexplcitaquenoimplicaunmayormanejodecontenidos.Serefierealdominioconceptualdeloscontenidos.

Comprensin: ademsdelreconocimientoexplcitodelainformacin,stadebeserrelacionadaparamanejarelcontenidoevaluado.

Aplicacin:eseldesarrolloprcticotangibledelainformacinquepermiteaplicarloscontenidosasimilados.

Anlisis:eslamscomplejadelashabilidadesevaluadas.Implicareconocer,comprender,interpretare inferir informacinapartirdedatosquenonecesariamentesondeconocimientodirecto.

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IntroduccinAlestudiarelmodeloMecnicoCunticodeltomo,sepudoestablecerqueexistenciertascondicionesquefavoreceneldesprendimientodeelectronesdesteyqueguardarelacinconelordendeloselementosenlatablaperidica.As,existengruposdeelementosquepuedenlograrestedesprendimientoconmayoromenorfacilidad,loquesereflejaenlavariacinqueexperimentaelpotencialdeionizacin.

Engeneral,lasvariacionesquepresentanstayotraspropiedadesperidicas(afinidadelectrnicayelectronegatividad)sondegranutilidadparaidentificarlascondicionesbajolascualesseestablecenlasunionesentrelosdistintostomos,puestoqueestasunionesoenlacesdependen,engranmedida,delanaturalezaelctricadeloselementos.

Enlace qumico

Seestableceunenlacequmicoentredostomosogruposdetomoscuandolasfuerzasqueactanentreellosconducenalaformacindeunagregadoconsuficienteestabilidad(molcula).

Abegg(1869-1910)fueelprimerinvestigadorquellamlaatencinsobreelhechodequelavalenciaqumicadebaestarrelacionadaconloqueactualmentesedenominaconfiguracinelectrnica(1904).

En1916 Kossel(1853-1921)introdujoelconceptodelaelectrovalenciaportransferenciadeelectronesdeuntomoaotroparaformarionesconestructuradegasnoble.

Enelmismoao,1916,elnorteamericanoLewis(1875-1946)establecilateoradelenlacequmicoporcomparticindeparesdeelectrones.Lewisnoideelconceptodeenlacecovalentesolo,sinoquefuedescritoporeltambinnorteamericanoLangmuir(1881-1957),alintroducirdichotrminoparadescribirelenlaceouninporloselectronesapareadosocompartidos,quesegnLewiseraloesencialdelenlaceparaobtenerlaestructuradegasnoble.

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Estructura de Lewis. Regla del octeto

Estareglapostulaquecuandoseformaunenlacequmicolostomosreciben,cedenocompartenelectrones,detalformaquelacapamsexternadecadatomocontieneochoelectronesyasadquierelaestructuraelectrnicadelgasnoblemscercanoenelsistemaperidico.

LaestructuradeLewispermiteilustrardemaneramuysencillalosenlacesqumicos,puestoqueelsmbolodelelementoestrodeadoporpuntosopequeascrucesquecorrespondenalnmerodeelectronespresentesenlacapadevalencia.

Li

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

H He

Litio

Hidrgeno Helio

Litio Berilio Boro Carbono Nitrgeno Oxgeno Flor Nen

Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fsforo Azufre Cloro Argn

Nmeroatmico

IA

IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

VIII

SmbolosdeLewisparaalgunoselementos

SmbolodeLewis

Nombre

3

1 2

3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16 17 18

Tipos de enlaces

Ahorabien,dadoquelamayoradeloselementosqueexistenenlanaturalezaseencuentranformandoagrupacionesdetomosigualesodistintosunidosentres,sehadeterminadoquelaformaenqueestostomosseenlazanejerceunprofundoefectosobrelaspropiedadesfsicasyqumicasdelassustancias.

Ladiversidaddepropiedadesmacroscpicasexistentes,talescomoladensidad,lastemperaturasdefusinydeebullicin,ladureza,lasolubilidadendiferenteslquidos,laconductividadelctrica

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yotras,hacequeresultedifcilclasificarenunospocosgruposatodaslassustanciasy,msan,aquellasquepresentanpropiedadesintermediasoatpicas.Sinembargo,sehapodidoestablecerunaclasificacinqueinvolucraalamayorpartedelassustanciasentresgrandesgruposqueevidencianlaexistenciadecuatrotiposdeunionesentrelostomos(enlaceinico,covalentepolaryapolarymetlico).

1. Enlace inico

Eslauninresultantedelapresenciadefuerzaselectroestticasentreionespositivosynegativosparadarlugaralaformacindeuncompuestoconstituidoporunaredcristalinainica.

Dependiendodesuestructuraelectrnicacadatomoescapazdecederoaceptarelectroneshastaadquirir laconfiguracinelectrnicadegasnoble.Deesta formaadquiereunacargapositivaonegativaalaqueseledenominavalenciainica.

As,elsodio(Z=11),conunaconfiguracinelectrnica:1s22s22p63s1,alcederunelectrnquedarcargadopositivamente(Na+)yconlaconfiguracinelectrnicadelnen:1s22s22p6.

Porelcontrario,elcloro(Z=17),conunaconfiguracinelectrnica:1s22s22p63s23p5alcaptarunelectrnquedarcargadanegativamente(Cl-)yconlaconfiguracinelectrnicadelargn:1s22s22p63s23p6.

Alacercarseestosionesseproducirunaatraccinelectrostticaentreellosdandolugaraunaestabilizacindelsistemaquesellamaenlaceinico.

Formacindelaestructuracristalina

Esteenlacesedicequeesnodirigido,alnoestarunidosuninsodioconunincloruro,sinoque loquerealmenteseproduceesunagregadode ionesdeunsignoquerodeanalosionesdelotrosigno.

Loscompuestos inicossonsustanciasdeaspectocristalino,frgilesyconelevadospuntosdefusinyebullicin,relativamentesolublesenagua,peronoendisolventesorgnicoscomoelbenceno.Nosonconductoresdelacorrienteenestadoslido,peroscuandosepresentanfundidosoendisolucin.

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2. Enlace covalente

Losenlacescovalentessonlasfuerzasquemantienenunidosentreslostomosnometalicos.Estostomostienenmuchoselectronesensunivelmsexterno(electronesdevalencia)ytienentendenciaaganarelectronesmsqueacederlos,paraadquirirlaestabilidaddelaestructuraelectronicadegasnoble.Portanto,lostomosnometlicosnopuedentransferirseelectronesentresparaformarionesdesignoopuesto.

Enestecasoelenlaceseformaalcompartirunpardeelectronesentrelosdostomos,unoprocedentedecadatomo.Elpardeelectronescompartidoescomnalosdosatomosylosmantieneunidos,demaneraqueambosadquierenlaestructuraelectronicadegasnoble.Seformanashabitualmentemolculas:pequeosgruposdetomosunidosentresporenlacescovalentes.

Losenlacescovalentessepuedenclasificaratendiendoadiferentescriterios.

Segneltipodetomosqueloforman,sepuedenclasificaren:

- Enlacecovalenteapolar:Aquelqueestformadopordostomosiguales.Latendenciaallevarseloselectronessobresesigualynopresentandiferenciadeelectronegatividad.

- Enlacecovalentepolar:Aquelqueestformadopordostomosdiferentes.Dependiendodelamayoromenordiferenciadeelectronegatividadentrelostomosdarlugaraenlacesmsomenospolarizados.

- Enlacecovalentecoordinadoodativo:Esunenlacecovalentepolar(comparticindeunpardeelectrones)conlapeculiaridaddequeesunodelosdostomoselqueaportalos2electrones

Segnelnumerodeenlacesformadosentrelostomos:Sepodrnclasificarenenlacessencillos,doblesotriples,alcompartiruno,dosotresparesdeelectrones.

Estoscompuestospresentantemperaturasdeebullicinyfusinbajas.Acondicionesnormalesdepresinytemperatura(CNPT),puedenserslidos,lquidosygaseosos.Sonaislantesdelacorrienteelctricaydelcalor.Sonsolublesendisolventesapolares,comoporejemplo,elbenceno.

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3. Enlace metlicoCaractersticodelosmetales.Esunenlacefuerte,queseformaentreelementosdelamismaespecie,deelectronegatividadesbajasyquesediferencienpoco.Lostomosseagrupandeformamuycercanaunosaotrosformndoseunanubeelectrnicaconloselectronesdeslocalizados.Losmetalessondctilesymaleables(seseparanfcilmenteenhilosylminas).Sonbuenosconductoresdelaelectricidadydelcalor.Tienenpuntosdefusinyebullicinvariables.Lamayorasonslidosatemperaturaambiente(exceptoelmercurio)y,generalmente,soninsolublesencualquiertipodesolvente.Tienenunbrillocaracterstico,debidoaqueabsorbenenergadecualquierlongituddeonda.

Teora de repulsin de los pares electrnicos de la capa de valencia (TRPECV)

LateoradeLewisnonosindicalageometraquepresentanlasmolculas.SidgwickyPowell,en1940 explicanapartirderepulsionescoulombianasentrecargasdelmismosignocmolosdistintostomosdeunamolculaoinpoliatmicosepuedendistribuirenelespacio.

Segnestemodelotodoslosparesdeelectrones,tantolosenlazantescomolosnoenlazantes,serepelenysedistribuyenalrededordeltomocentral,hastaalcanzarlamaximadistanciadeseparacinentreellos.

Laestructuradelasmolculassinparesdeelectronessolitarios(noenlazantes)eneltomocentralpodrserdelossiguientestipos(verimagen):

180

AX2

Lineal(BeF

2)

AX3

Trianguarplana(BeF

3)

AX4

Tetradrica(CH

4)

AX6

Octadrica(SF

6)

AX5

Bipiramidaltriangular(PCI

5)

120

109.59090

120

Molculassinparesdeelectroneslibresenelatmocentral

Enelcasodemolculasenlasqueeltomocentraltengaalgnpardeelectronessincompartir,paraladeterminacindelageometradelamolculahabrquefijarsesoloenloselectronesdelosparesdeenlace,sabiendoademsquelosngulosdeenlacesevernmodificadosporlapresenciadelasrepulsionesentreparesenlazantesynoenlazantes.

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Fuerzas intermoleculares

Lasfuerzasdeatraccinentremolculasmonoatmicasopoliatmicassincarganetaseco-nocenconelnombredefuerzasintermolecularesofuerzasdeVanderWaals.Estasfuerzassehandivididoentresgruposquesesealanacontinuacin.

1. Fuerzas de atraccin entre dipolo y dipolo

Estas fuerzassegenerancuandountomoseenlazaconotromselectronegativoquel,implicandoqueloselectronesdelenlacecovalentepasenmstiempocercadeltomomselectronegativosindejardeperteneceraambos.Comoresultado,seproduceunazonaconmayordensidaddecarganegativaenunodelostomosyotrazonaconundefectodecarganegativaenelotrotomo,formndoseasundipolopermanente.Luego,entrelospolosdedistintosignoseestablecernfuerzaselctricasatractivas.

EstefenmenoocurreensustanciasgaseosascomoHF,HCl,HBr,HI.

2. Enlace o puente de hidrgeno

UncasodepolaridadespecialeslaquecorrespondeamolculastalescomoH2O, HF o NH

3,

enlasquelostomosdehidrgenoestnunidosaotrostomosmuchomselectronegativos.

Enelagua,eltomodehidrgenoestunidoaloxgeno,elementobastantemselectronegativo.Ahorabien,dadalapequeezdeltomodehidrgenoylaausenciadeelectronesqueprotejansuncleo,lamolculasermuypolar,locualimplicalaposibilidaddequestasseunanentresmediantefuerzasdetipoelctricoentrepolosdedistintosigno,comoseindicaenlafigura:

d

d+

d+ H

H

O H

H

O

H

H

OH

d

d+

d+

H

O

Formacindeenlacesdehidrgenoentremolculasdeagua

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Elenlaceentreeloxgenoyelhidrgenodemolculasdeaguadistintas,representadoenlaimagenporunalneapunteada,sedenominaenlaceopuentedehidrgeno,elquecorrespondeaunaunindetipointermoleculargeneradaporuntomodehidrgenoqueseencuentraentredostomosmuyelectronegativos.

As,slolostomosdeF,OyNtienenlaelectronegatividadycondicionesnecesariasparaintervenirenunenlacedehidrgeno.

LaclavedelaformacindelenlacedehidrgenoeselcarcterfuertementepolardelenlacecovalenteentreelhidrgenoHyelotrotomo.Lacargaparcialpositivaoriginadaeneltomodehidrgenoatraea loselectronesdeltomodeoxgenodeunamolculavecina.Dichaatraccinsevefavorecidacuandoeseotrotomoestanelectronegativoquetieneunaelevadacargaparcialnegativa.

Elhidrgenoeselnicotomocapazdeformarestetipodeenlaceporquealsertanpequeopermitequelostomosmselectronegativosdelasmolculasvecinaspuedanaproximarselosuficientealcomoparaquelafuerzadeatraccinseabastanteintensa.

Estetipodeenlaceintermoleculareselresponsabledelaexistenciadeocanosdeagualquidaennuestroplaneta.Sinoexistiera,elaguaseencontraraenformadevapor.

Paraelcasodelaguaenestadoslido,existeungrannmerodeenlacesdehidrgenoentrelasmolculasdeagua.Porestemotivo,elhielopresentaunaestructuramuyabierta(a).Sinembargo,cuandoseaumenta latemperaturaypasaa la forma lquida(b),algunosdeesosenlacesserompen,obtenindoseunaestructuradistinta.Luego,elagualquidaesmsdensaqueelhielo.

(a) (b)

Estructuradelhielo(a)ydelagualquida(b)

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3. Fuerzas de London

Paraelcasodemolculasquenosonpolares,elenlaceseestablecemediantelaformacindedipolostransitoriosinducidos.

Este fenmenoocurredebidoalmovimientopropiode loselectrones,puestoqueenunmomentodeterminadoseproducenzonasconmayordensidaddeelectronesqueotras,esdecir, lasmolculaspuedentenerunaciertapolaridadelctrica,talcomoseapreciaen lasiguientefigura:

(a) (b) (c) + +

FuerzasdeLondon

Deacuerdoconesto,selograentenderelenlaceentrelostomosdehelioyotrosgasesnobles.

Ideas fuerzaLasideasfuerzaconstituyenlascaractersticasfundamentalesdeloscontenidosdadosencadaclase,demodoquepuedansertetilparaelposteriorresumendelcaptulo.

Enestagualasideasfuerzason:

Elenlacequmicoeslaformaenqueseunendosomstomos. Eltipodeenlacequmicoestreguladosegnciertaspropiedadesperidicas. Laregladelduetoydeloctetosirvenparacomprenderlosenlaces. LaestructuradeLewiseslarepresentacindeladistribucindeloselectronesdevalencia. LaestructuradeLewispermitedeterminarlosparesdeelectronesenlazantesylibres

quepresentalamolcula.

Lageometramolecularestbasadaenladistribucindepareselectrnicosqueposeelamolcula.

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Sntesis

transferenciadeelectrones

electronesdelaltimacapa

comparticindeelectrones

octetootorgaestabilidad

enlaceinico enlacecovalente

enlace qumico

Valencia

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Ejercicios PSu

1. Lafiguramuestralaestructuradelgasmetano.Alrespecto,quvaloradoptaelngulodeenlaceenestecompuesto?

A) 104,5

H

CH

H

HB) 90

C) 109,5 D) 120 E) 180

2. Cul(es)delossiguientescompuestospresenta(n)enlacedetipocovalente?

Electronegatividades

Cesio(Cs)

Bromo(Br)

Cloro(Cl)

Fluor(F)

0,7 2,8 3,0 4,0

I) CsF II) BrCl III) CsBr

A) SoloI. B) SoloII. C) SoloIyII. D) SoloIyIII. E) I,IIyIII.

3. Cul(es)delossiguientesparesdetomosseunenmedianteunenlacecovalentepolar?

I) Oxgenoconsodio. II) Oxgenoconoxgeno. III) Oxgenoconhidrgeno.

A) SloI. B) SloII. C) SloIII. D) SloIyII. E) SloIIyIII.

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4. Qutipodegeometramolecularexhibireltetraclorurodecarbono(CCl4)? A) Lineal. B) Triangularplana. C) Tetradrica. D) Piramidal. E) Angular.

5. Delassiguientesmolculas

I. BeCl2

II. BF3

III. CF4

Cul(es)nocumple(n)conlaregladelocteto?

A) SoloI B) SoloII C) SoloIII D) SoloIyII E) I,IIyIII

6. Segnlaconfiguracinelectrnica,culesde lassiguientesespeciescumplenconlaregladelocteto?

A) Na+,O2,Cl

B) Na,O2,Cl

C) Na+,K+,Li D) Cl,Br,I E) Na+,O2,Cl

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7. Cul(es)delassiguientescaractersticascorresponde(n)alenlacecovalente?

I. Poseenbajospuntosdefusinyebullicin. II. Estpresenteenlasmolculasdehidrgeno,cloroyamonaco. III. Conducenlacorrienteelctricacuandoestnensolucin.

Es(son)correcta(s)

A) sloI. B) sloII. C) sloIII. D) sloIyII. E) I,IIyIII.

8. Segnlatabladadaacontinuacin,cul(es)delassustanciasposee(n)enlaceinico?

Propiedadanalizada

SustanciaX(slidoa

Typresinambiental)

SustanciaY(slidoa

Typresinambiental)

SustanciaZ(slidoa

Typresinambiental)

Puntodefusin 808 80 1083Solubilidadenagua S NO NOSolubilidadenbenceno NO S NOConductividadelctricaenestadoslido NO NO S

Conductividadelctricaensolucinofundida S NO S

Deformabilidaddelslido FRGIL FRGIL FRGIL

A) Z B) Y C) X D) Z,X E) Y,X

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9. Cul(es)delassiguientesmolculaspresenta(n)enlacecovalenteapolar? I. O

2

II. H2O

III. Cl2

A) SloI B) SloII C) SloIII D) SloIyII E) SloIyIII

10. Lamolculadiatmicadelnitrgeno(N2)presenta

A) 1pardeelectronesenlazantesy3paresnoenlazantes. B) 1pardeelectronesenlazantesy2paresnoenlazantes. C) 2paresdeelectronesenlazantesy1parnoenlazante. D) 3paresdeelectronesenlazantesy2paresnoenlazantes. E) 4paresdeelectronesenlazantes.

11. Referentealaselectroafinidades

IA

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr Ra

Ba Tl Pb Bi Po At

Sr In Sn Sb Te l

Ca Ga Ge As Se Br

Mg Al Si P S Cl

Be B C N O F2,1

1,0

1,0

0,9

0,8

0,8

0,8 0,9

0,9 1,5 1,6 1,7 1,8 2,0

1,0 1,5 1,7 1,8 2,0 2,2

1,1 1,8 2,0 2,2 2,5 2,8

1,3 1,5 1,8 2,1 2,4 2,9

1,5 2,0 2,5 3,1 3,5 4,0

IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

Lamolculaquepresentarensuestructuraenlacesdetipocovalentepolarydativoes

A) BF3

B) NaBr C) HNO

3

D) CO2

E) NH3

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12. Lageometraoctadricacorrespondeauntipodemolculaclasificadacomo

A) AB2

B) AB3

C) AB4

D) AB5

E) AB6

13. LaestructuradeLewisparaelfsforo(grupoVA)es A)

P B)

PC)

P D)

PE)

P

14. Respectoalosenlaces,sepuedesealarque

I) enelenlaceinicosecompartenelectrones. II) enelcompuestoCl

2existen6paresdeelectronesnoenlazantes.

III) enelenlacecovalentepolar,secompartenigualmenteloselectrones.

Es(son)correcta(s)

A) sloI. B) sloII. C) sloIII. D) sloIyII. E) sloIyIII.

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15. Lamolculadecidofluorhdrico(HF) A) esinica. B) escovalentepolar. C) escovalentedativa. D) escovalenteapolar. E) formaredescristalinas.

16. LageometramoleculardelamolculaCF4esdetipo

A) angular. B) lineal. C) tetradrica. D) pirmidetrigonal. E) trigonalplana.

17. Respectodelasmolculas:

I) SCl2

II) BF3

III) H2O

Cul(es)presenta(n)geometraangular?

A) SloI B) SloII C) SloIII D) SloIyIII E) SloIIyIII

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18. Elinnitrito(NO2-)presentaunageometramoleculardetipo

A) angular. B) lineal. C) tetradrica. D) pirmidetrigonal. E) trigonalplana.

19. Cuntosparesenlazantespresentalamolculadeamonaco(NH3)?

A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5

20. QungulodeenlaceseestableceentrelostomosenlamolculadeBF3?

A) 90 B) 104,5 C) 119,5 D) 120 E) 180

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Es importante que compruebes al final de cada sesin sirealmentelograsteentendercadacontenido.Paraesto,verifica tusrespuestas(alternativacorrectayhabilidad)yluego,revsalasconlaayudadetuprofesor.

Tabla de Especificaciones

Pregunta Alternativa Habilidad1 Reconocimiento2 Aplicacin3 Comprensin4 Anlisis5 Anlisis6 Aplicacin7 Anlisis8 Reconocimiento9 Comprensin10 Aplicacin11 Aplicacin12 Reconocimiento13 Comprensin14 Comprensin15 Aplicacin16 Anlisis17 Anlisis18 Anlisis19 Aplicacin20 Aplicacin

Durantelaprximaclaseserevisarnlossiguientescontenidos:

Conceptosestequiomtricos. Leyesquerigenlaestequiometra. Conceptodemol. Determinacindemasasmolares.

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