Enlace Químico

Un enlace químico son las fuerzas de atracción que mantienen unidos entre sí a los átomos o iones para formar moléculas o cristales. Los tipos de enlaces presentes en una sustancia, son responsables en gran medida de sus propiedades físicas y químicas. Es el proceso físico responsable de las interacciones atractivas entre átomos y moléculas, y que confiere estabilidad a los compuestos químicos diatómicos y poliatómicos. La explicación de tales fuerzas atractivas es un área compleja que está descrita por las leyes de la electrodinámica cuántica. Sin embargo, en la práctica, los químicos suelen apoyarse en la mecánica cuántica o en descripciones cualitativas que son menos rigurosas, pero más sencillas en su descripción del enlace químico. Al producirse un acercamiento entre dos o más átomos, puede darse una fuerza de atracción entre los electrones de los átomos y el núcleo de uno u otro átomo. El enlace entre dos átomos depende de la configuración electrónica de cada uno de ellos, y más concretamente, de la de su nivel más externo, denominado nivel de valencia.

Teniendo en cuenta que las cargas opuestas se atraen, y que los electrones que orbitan el núcleo están cargados negativamente, y que los protones en el núcleo lo están positivamente, la configuración más estable del núcleo y los electrones es una en la que los electrones pasan la mayor parte del tiempo entre los núcleos, que en otro lugar del espacio. Estos electrones hacen que los núcleos se atraigan mutuamente.

Todos los enlaces químicos son el resultado de la atracción simultánea de dos o más electrones. En esta unión de electrones pueden darse los siguientes casos:

Enlace iónico: si hay atracción electrostática.

Enlace covalente: si comparten los electrones.

Enlace covalente coordinado: cuando el par de electrones es aportado solamente por uno de ellos.

Enlace metálico:  son los electrones de valencia pertenece en común a todos los átomos

Tipos de Enlaces

Enlace iónico también denominado electrovalente: Enlace formado con base en las fuerzas electrostáticas que existen entre iones con carga opuesta. Los iones se forman a partir de átomos por transferencia de uno o más electrones. se establece en átomos con diferencias marcadas en sus electronegatividades y se debe a la interacción electrostática entre los iones que pueden formarse por la transferencia de uno o más electrones de un átomo o grupo atómico a otro.

El enlace iónico es la fuerza de atracción eléctrica que existe entre los iones de cargas o puestas (cationes – aniones) que los mantienen juntos en una estructura cristalina. Resulta de la transferencia de uno o mas electrones comúnmente del metal hacia el no metal

Ejemplo: Cloruro de Sodio (NaCl)

Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17).En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos.

Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio.

Cuando una molécula de una sustancia contiene átomos de metales y no metales, los electrones son atraídos con más fuerza por los no metales, que se transforman en iones con carga negativa; los metales, a su vez, se convierten en iones con carga positiva. Entonces, los iones de diferente signo se atraen electrostáticamente. Si los átomos enlazados son elementos metálicos, el enlace se llama metálico.

Las sustancias iónicas conducen la electricidad cuando están en estado líquido o en disoluciones acuosas, pero no en estado cristalino, porque los iones individuales son demasiado grandes para moverse libremente a través del cristal. La formación de un enlace iónico se favorece cuando un átomo muy electronegativo

(Alta electroafinidad) interacciona con otro átomo muy electropositivo (de bajo potencial de ionización) produciéndose una transferencia de electrones desde el átomo más electropositivo hacia el más electronegativo.

La transferencia de electrones da lugar a la formación de un anión (átomo cargado negativamente) y de un catión (átomo cargado positivamente) que se mantienen unidos por la fuerza de atracción electrostática.

El enlace covalente: Es la Unión que es forma entre dos o más átomos que comparten electrones. Estas sustancias no conducen la electricidad, ni tienen brillo, ductilidad o maleabilidad. Se establece cuando en los átomos no existen diferencias marcadas de electronegatividad. En este caso se comparten uno o más electrones entre dos átomos.

Es la fuerza electromagnética que mantiene unidos a átomos que comparten electrones, los cuales tienen espines o giros opuestos. Los átomos enlazados se encuentran neutros y generalmente son no metálicos.

Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.

Ejemplo: El gas cloro está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente. En la siguiente simulación interactiva están representados 2 átomos de cloro con solo sus capas externas de electrones.

La regla del octeto y la formación de enlaces

En 1916 W. Kassel y G. Lewis crearon una regla para explicar la formación de enlaces entre los diferentes átomos. Esta regla es denominada la regla de octeto: “cuando se forma un enlace químico, los átomos adquieren, ceden o comparten electrones, de tal manera que la capa más externa o de valencia de cada átomo contenga ocho (8) electrones”.

Esta regla se fundamenta en el hecho de que todos los gases nobles, excepto el helio (He), tienen en su estructura electrónica 8 electrones en la última capa o nivel de energía, lo que les confiere estabilidad química (inertes).

La tendencia a obtener estructuras electrónicas semejantes a los gases nobles (8e- en el último nivel) explica en parte el enlace químico en la mayoría de los compuestos.

El átomo de sodio por ejemplo (Z = 11) tiene un potencial de ionización bajo y puede perder fácilmente el electrón de valencia del último nivel. Lo que permite que el átomo de sodio se convierta en el ión sodio:

La estructura del ión sodio resulta con 8 electrones en su último nivel y además es exactamente igual al gas noble Neón, Ne: K2L8 (Z = 10)

En el caso del átomo cloro (Z = 17) tiene un potencial de ionización alto y muestra tendencia a ganar electrones, transformando el átomo de cloro en ión cloruro:

La estructura del ion cloruro resulta con 8 electrones en su último nivel y además es exactamente igual al gas noble Argón, Ar: 1S2 2S2 2p6 3S2 3p6 (Z = 18).

El cloruro de sodio es un compuesto iónico, en su formación están presente los iones de carga opuesta y la transferencia de un electrón desde el átomo de sodio hasta el átomo de cloro formándose así un enlace iónico.

G.N.Lewis, al estudiar la molécula de hidrógeno (H2) notó que cada átomo al compartir electrones adquiere dos electrones, o sea la estructura electrónica del gas noble Helio (2He) y comprobó también que los demás átomos que comparten electrones al formar enlace químico, llegan a adquirir la estructura electrónica de los gases nobles.

Existen muchas e importantes excepciones a la regla del octeto, por lo tanto no hay que sobrevalorar la importancia ni aplicabilidad de esta regla.

Enlace Coordinado

A veces dos átomos pueden compartir un par de electrones aportado por uno sólo de los dos átomos que forman el enlace. Este tipo de enlace se denomina enlace covalente coordinado. Suele representarse por una flecha cuyo origen es el átomo dador y su extremo es el átomo aceptor. Por ejemplo, el protón H+ en disolución acuosa aparece unido a una molécula de agua mediante la formación de enlace covalente coordinado formado por el oxígeno del agua (átomo dador) y el mismo protón (aceptor). La especie formada es el ion hidronio:

Energía de enlace

Es la energía total promedio que se desprendería por la formación de un mol de enlaces químicos, a partir de sus fragmentos constituyentes (todos en estado gaseoso). Alternativamente, podría decirse también que es la energía total promedio que se necesita para romper un mol de enlaces dado (en estado gaseoso). Los enlaces más fuertes, o sea los más estables, tienen energías de enlace grandes. Los enlaces químicos principales son el enlaces covalentes, el metálicos y el iónicos. Para que una o varias sustancias se transformen en otras tiene que haber una reorganización de átomos, y para ello se tienen que romper unos enlaces y formarse otros nuevos. La ruptura y formación de enlaces lleva asociada una absorción y un desprendimiento de energía.

Para romper un enlace se necesita un aporte de energía, que se denomina energía de enlace. Y

cuando se forma dicho enlace, se desprende esa misma cantidad de energía.

Los átomos y moléculas forman enlaces químicos con la finalidad de adquirir un estado de menor energía, para asa lograr una condición de mayor estabilidad. En el caso de los átomos, la estabilidad se reflejara en un cambio de su configuración electrónica externa.

Veamos la formación de la molécula de HCl

La misma energía se requiere como mínimo para romper o disociar el enlace (energía de disociación)

Con una gráfica veamos la variación de energía en la formación del enlace.

Polaridad y electronegatividad

Como ya se mencionó la mayoría de los enlaces tienen cierto carácter iónico y covalente. Dependiendo de la electronegatividad de los átomos que conforman la unión se presentará una gama de enlaces que va desde los no polares o covalentes puros hasta los muy polares o iónicos. Según su polaridad existen:

1. Enlace Covalente Apolar o Puro: Es cuando los átomos comparten equitativamente a los electrones. Generalmente participan átomo del mismo elemento no metálico.

Se cumple que la diferencia de electronegatividades es cero:  EN = 0

ejemplo: Hidrogeno (H2)

2. Enlace Covalente Polar: Es cuando los electrones enlazantes no son compartidos en forma equitativa por los átomos, esto  debido a que uno de los átomos es mas negativo que otro.

Se cumple que la diferencia de electronegatividades es diferente de cero: ∆EN ≠ 0

ejemplo: Yoduro de Hidrógeno

donde:

+/- δ : carga parcial

μ: momento dipolar del enlace, es aquel parámetro que mide el grado de polaridad de un enlace.

Electronegatividad

Es la capacidad de un átomo de un elemento de atraer hacia sí los electrones compartidos de su enlace covalente con un átomo de otro elemento. es una propiedad química que mide la capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones, o densidad electrónica, cuando forma un enlace covalente en una molécula.[ También debemos considerar la distribución de densidad electrónica alrededor de un átomo determinado frente a otros, tanto en una especie molecular como en un compuesto no molecular. Es la tendencia que tienen los átomos de atraer electrones.

La relación de la electronegatividad y la polaridad de los enlaces es que “cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad, más polar será el enlace”.

Los elementos más electronegativos se encuentran en la parte superior y a la derecha de la tabla periódica. Los valores de la electronegatividad fueron dados por Linus Pauling basandoce en la robustez de los enlaces, que varían desde 0.7 del cesio hasta 4.0 del fluor.

Todos los demás elementos son comparados mediante este patrón. Los metales son de baja electronegatividad por lo que tienden a regalar electrones para formar iones positivos, y los no metales son menos electronegativos, por eso forman iones negativos. Al conoce la electronegatividad de los elementos se puede predecir fácilmente el modelo de enlace que formaran (iónico, covalente, coordinado, polar y no polar); cuanto mas fuerte sea el enlace, tanto mayor será la diferencia de electronegatividades.

Ejemplo: el potasio K, es un átomo que presenta muy poca afinidad por los electrones. Posee una electronegatividad de tan solo 0.8 mientras que el silicio (Si), cuya afinidad de los electrones es moderada, tiene una electronegatividad de 1.8

Los elementos al combinarse entre si intercambian o seden electrones, de tal manera que alcanzan la configuración electrónica semejante a la de un gas noble, formando de esta manera lo que llamamos enlace químico.

“Un átomo con una afinidad electrónica muy negativa y un potencial de ionización

elevado, atraerá electrones de otros átomos y además se resistirá a dejar ir sus

electrones ante atracciones externas; será muy electronegativo.”

La electronegatividad varía de la siguiente forma:

Para un mismo grupo la electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo.En un mismo periodo la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha.

Una de las aplicaciones de la electronegatividad es el cálculo del carácter iónico de un enlace.

Porcentaje del carácter ionico de un enlace

La tabla de electronegatividad de Pauling es un auxiliar importante para analizar el tipo de enlace presente en un compuesto. En esta tabla se indica desde el valor de electronegatividad más alto representado por el flúor (F) que es 4 y el más bajo que es 0,7 representado por el Francio (Fr). Así la mayor diferencia de electronegatividad que se puede presentar es de 4 entre 0,7 = 3,3 y la mínima es 0 cuando se unen dos átomos de igual electronegatividad.

Es así como basados en la electronegatividad de los átomos que se unen se puede determinar el tipo de enlace:

El enlace covalente puro: se presenta en elementos de igual electronegatividad. En este caso los electrones están igualmente compartidos por los dos átomos. Como ejemplo se encuentran: H2 , Cl2 , O2 , N2 , F2 y otras moléculas diatómicas. Estas moléculas son de carácter no polar; no hay formación de dipolos.

Enlace polar: se presenta entre átomos de diferente electronegatividad, el enlace resultante es polar. Si la diferencia de electronegatividad es alta el enlace es de tipo iónico, como ya se mencionó en los tipos de enlaces. Como ejemplo se puede mencionar el enlace entre el carbono y el oxígeno para formar el monóxido de carbono. El carbono y el oxígeno presentan diferente electronegatividad la cual no es marcada ya que ambos son no metales, esto permite que se forme un enlace covalente polar.

El cloro y el sodio cuando forman cloruro de sodio (NaCl) presentan una diferencia de electronegatividad alta, debido a que uno es un metal (Na) y el otro un no metal (Cl), el enlace que se forma es iónico.

Como regla general se plantea que cuando la diferencia de electronegatividad entre los dos átomos es mayor de 1,7; el enlace presenta un alto carácter iónico. Aplicando esta regla a los ejemplos citados anteriormente: H2 , CO y NaCl y estableciendo la diferencia de electronegatividad tomando los valores para cada átomo a partir de la tabla de Pauling, se tiene:

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada NacionalUNEFA – Núcleo San Tome

“Excelencia educativa, Abierta al pueblo”San tome – Edo. Anzoátegui

Ingeniería Mecánica, II Semestre.Sección B01

QUIMICA

ENLACE QUIMICO

Profesor: Ing. Alex Ibarra Integrantes: Wuilliams J. Aular A, Ana V. Martínez L,

Francismar Marín Q,Josmel Espinoza O.

Asignatura: Química General.

San Tome, 10 de Mayo del 2011Introducción

Es una pregunta que ha intrigado a los científicos: un enlace químico es lo que permite que dos o más átomos se unan para formar moléculas. Hay que recordar que si bien los

átomos son los ladrillos con que la naturaleza hace las sustancias químicas, es en las moléculas donde se encuentran las claves para entender a una sustancia química.

En otras palabras la partícula más pequeña de la materia que tiene todas las propiedades de una sustancia es la molécula. Los enlaces químicos nos dicen como son las moléculas y por tanto como son las sustancias que con ellas se forman. Un enlace se formar cuando un electrón “salta de un átomo a otro” es decir en el momento en que un átomo pierde o gana electrones, lo que se dice que es un enlace iónico o cuando se comparten un par o más de electrones lo que se llama un enlace covalente.

Cuando un átomo pierde electrones queda con algunos protones de demás, es decir con una carga positiva, mientras que otro átomo gana electrones entonces tiene electrones demás y por tanto con carga eléctrica negativa. El átomo con carga positiva es llamado “catión” y el que tiene carga negativa se denomina “anión”. La carga positiva y la carga negativa se atraen y eso es lo que mantiene unidos a los átomos formando moléculas de tipo iónico.

En 1916, el químico alemán Walther Kossel expuso que en las reacciones químicas ocurren perdida y ganancia de electrones por parte de los átomos, y por ello estos adquieren la configuración electrónica de un gas noble. Sin duda Kossel se refería al enlace iónico, y por lo tanto a los compuestos iónicos.

Posteriormente los químicos norteamericanos Gilbert Newton Lewis e Irving Langmuir, cada uno en forma independiente estudiaron los compuestos iónicos y no iónicos (covalentes), comprobando que los átomos al formar enlace químico adquieren en su mayoría la estructura atómica de un gas noble (8 electrones en el nivel externo), lo que hoy se llama Regla del Octeto.

En 1923, G.N.Lewis plantea su teoría de enlace por pares de electrones y anuncia que el octeto se logra por medio de compartición de electrones. Entonces a Kossel lo podemos considerar como el padre del enlace iónico, y a Lewis el padre del enlace covalente.

Hoy en día, los químicos disponen de métodos de calculo y de técnicas experimentales muy sofisticadas que permiten conocer con exactitud la forma, geometría y dimensiones de las moléculas.