EL ENLACE QUMICO

Planteamiento del problemaLa mina de un lpiz se compone de grafito y arcilla. El grafito es una sustancia simple formada por tomos de carbono. Existe otra sustancia simple formada tambin por tomos de carbono llamada diamante. Cul es la causa de que ambas sustancias tengan propiedades tan distintas y sin embargo estn formadas por el mismo tipo de tomo?

Planteamiento del problemaPor qu los tomos se unen en unas proporciones determinadas y no en otras? Por qu NaCl y no Na2Cl?Por qu la molcula de CO2 es lineal y la del H2O es angular?Qu es lo que determina las propiedades de una sustancia: solubilidad, conductividad elctrica, estado de agregacin a temperatura ambiente?

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

SustanciaElectrlitoNo electrlitoMetlicaT fusinT ebullicin**Solubilidad en agua otro disolventeConductividad elctrica (slido) (lquido)

Las propiedades caractersticas de las sustancias estn relacionadas con la forma en que estn unidas sus partculas y las fuerzas entre ellas, es decir, con el tipo de ENLACE que existe entre sus partculas.

Una primera aproximacin para interpretar el enlace

A principios del siglo XX, el cientfico Lewis, observando la poca reactividad de los gases nobles (estructura de 8 electrones en su ltimo nivel),sugiri que los tomos al enlazarse tienden a adquirir una distribucin de electrones de valencia igual a la del gas noble ms prximo REGLA DEL OCTETO

Clasificacin de los elementos de acuerdo con la regla del octetoMetales: baja electronegatividad, baja energa de ionizacin. Tienden a soltar electrones.No metales: alta electronegatividad. Tienden a coger electrones

Segn el tipo de tomos que se unen:Metal No metal: uno cede y otro coge electrones (cationes y aniones)No metal No metal: ambos cogen electrones, comparten electronesMetal Metal: ambos ceden electrones

Algunos ejemplos

Molcula de NaClDiagramas de Lewis

Molcula de MgF2

Molculas de H2 y O2

Molculas de N2 y CO2

Tipos de enlaceInicoMetlicoCovalente

Enlace inicoEl compuesto inico se forma al reaccionar un metal con un no metal.Los tomos del metal pierden electrones (se forma un catin) y los acepta el no metal (se forma un anin).Los iones de distinta carga se atraen elctricamente, se ordenan y forman una red inica. Los compuestos inicos no estn formados por molculas.

Enlace inico entre Cl y Na: formacin del in Cl- y Na+

Redes inicas

Propiedades compuestos inicosElevados puntos de fusin y ebullicinSolubles en aguaNo conducen la electricidad en estado slido, pero s en estado disuelto o fundido (Reaccin qumica: electrolisis)Al intentar deformarlos se rompe el cristal (fragilidad)

Disolucin y electrolisis del CuCl2Disociacin: CuCl2 Cu+2 + 2 Cl-Reaccin andica: 2 Cl- Cl2 + 2e-Reaccin catdica: Cu+2 + 2e- Cu

Enlace metlicoLas sustancias metlicas estn formadas por tomos de un mismo elemento metlico (baja electronegatividad).Los tomos del elemento metlico pierden algunos electrones, formndose un catin o resto metlico. Se forma al mismo tiempo una nube o mar de electrones: conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no pertenecen a ningn tomo en particular.Los cationes se repelen entre s, pero son atrados por el mar de electrones que hay entre ellos. Se forma as una red metlica: las sustancias metlicas tampoco estn formadas por molculas.

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 movindose con facilidad, sin estar confinados a ningn catin especfico

Propiedades sustancias metlicasElevados puntos de fusin y ebullicinInsolubles en aguaConducen la electricidad incluso en estado slido (slo se calientan: cambio fsico). La conductividad es mayor a bajas temperaturas.Pueden deformarse sin romperse

Enlace covalenteLos compuestos covalentes se originan por la comparticin de electrones entre tomos no metlicos. Electrones muy localizados.

Diferentes tipos de enlace covalenteEnlace covalente normal:SimpleMltiple: doble o triplePolaridad del enlace:ApolarPolarEnlace covalente dativo o coordinado

Enlace covalente normalSi se comparten un par de e-: enlace covalente simple

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

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

Polaridad del enlace covalenteEnlace covalente apolar: entre tomos de idntica electronegatividad (H2, Cl2, N2). Los electrones compartidos pertenencen por igual a los dos tomos.Enlace covalente polar: entre tomos de distinta electronegatividad (HCl, CO). Los electrones compartidos estn ms desplazados hacia el tomo ms electronegativo. Aparecen zonas de mayor densidad de carga positiva (+) y zonas de mayor densidad de carga negativa (-)

Enlace covalente dativo o coordinadoCuando el par de electrones compartidos pertenece slo a uno de los tomos se presenta un enlace covalente coordinado o dativo. El tomo que aporta el par de electrones se llama donador (siempre el menos electronegativo) y el que los recibe receptor o aceptor (siempre el ms electronegativo)

Enlace de tomos de azufre (S) y oxgeno (O)Molcula de SO: enlace covalente dobleMolcula de SO2: enlace covalente doble y un enlace covalente coordinado o dativoMolcula de SO3: enlace covalente doble y dos enlaces covalentes coordinado o dativo

Existen molculas, o se trata de estructuras gigantes?Redes covalentesMolculas covalentes (pequeas - macromolculas)

Redes covalentesLa unin entre tomos que comparten electrones es muy difcil de romper. Los electrones compartidos estn muy localizados.

Molculas covalentesSi el enlace es apolar: molculas apolares (H2, O2, F2)

Si el enlace es polar:Molculas polares (HCl, H2O...) (dipolos permanentes)Molculas apolares (CO2) (simetra espacial)

Molculas covalentes polares: el centro geomtrico de - no coincide con el centro geomtrico de +

Molculas covalentes apolares: el centro geomtrico de - coincide con el centro geomtrico de +En el CO2 existen enlaces covalentes polares y, sin embargo, la molcula covalente no es polar. Esto es debido a que la molcula presenta una estructura lineal y se anulan los efectos de los dipolos de los enlaces C-O.

Propiedades compuestos covalentes (moleculares)No conducen la electricidadSolubles: molculas apolares apolaresInsolubles: molculas polares - polaresBajos puntos de fusin y ebullicinFuerzas intermoleculares?

Fuerza intermoleculares o fuerzas de Van der WaalsFuerzas entre dipolos permanentesFuerzas de enlace de hidrgenoFuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas de London)

Fuerzas entre molculas polares (dipolos permanentes)HCl, HBr, HI

Enlace de hidrgeno :Cuando el tomo de hidrgeno est unido a tomos muy electronegativos (F, O, N), queda prcticamente convertido en un protn. Al ser muy pequeo, ese tomo de hidrgeno desnudo atrae fuertemente (corta distancia) a la zona de carga negativa de otras molculasHFH2ONH3

Enlace de hidrgeno en la molcula de agua

Enlace de hidrgenoEste tipo de enlace es el responsable de la existencia del agua en estado lquido y slido.

Enlaces de hidrgeno en el ADN

Fuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas de London)Los dipolos inducidos se deben a las fluctuaciones de los electrones de una zona a otra de la molcula, siendo ms fciles de formar cuanto ms grande sea la molcula: las fuerzas de London aumentan con la masa molecular.