La Naturaleza del Enlace Químico
Solo los gases nobles se encuentran en la naturaleza como átomos aislados. Todos los elementos del grupo 18 tienen ocho electrones en su capa más externa, excepto el helio, que tiene dos.
Diagrama de Lewis y Regla del Octeto
- Los electrones de valencia son aquellos que un átomo posee en su último nivel de energía.
- El diagrama de Lewis de un átomo es una forma de representar sus electrones de valencia.
- La regla del octeto establece que la capa más externa de los átomos tiende a contener ocho electrones para alcanzar estabilidad.
¿Qué es un Enlace Químico?
Un enlace químico es la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en las distintas agrupaciones de átomos. Un enlace se forma cuando las fuerzas de atracción contrarrestan a las de repulsión. La naturaleza del enlace es de tipo electrostático. Existen diferentes tipos de enlaces:
- Covalente
- Intermolecular
- Iónico
- Metálico
El Enlace Covalente
Los átomos que consiguen su estabilidad compartiendo electrones con otros átomos están unidos por un enlace covalente.
Elementos en Forma de Moléculas
Las partículas que contienen dos o más átomos unidos mediante enlaces covalentes se denominan moléculas. Las que solo tienen dos átomos se llaman moléculas diatómicas; si presentan más de dos se denominan poliatómicas. Son ejemplos el H2, O2, N2, Cl2 y F2. Pueden compartir uno, dos o tres pares de electrones según estén unidos por enlaces simples, dobles o triples.
Propiedades de las Moléculas Covalentes
- Suelen ser gaseosos, líquidos o sólidos con bajos puntos de fusión o ebullición.
- No conducen la corriente eléctrica.
- Son insolubles en agua.
Elementos en Forma de Cristales Atómicos Covalentes
Los átomos de los elementos se mantienen unidos por enlaces covalentes que forman redes tridimensionales. El átomo de carbono tiene cuatro electrones de valencia; le faltan otros cuatro para tener la estructura de un gas noble. Puede conseguirlos compartiendo cada uno de esos electrones con otros cuatro átomos de carbono. Cuando cada átomo hace esto, se forma una red de grandes dimensiones. Dos de las formas alotrópicas en las que el carbono se representa en la naturaleza son el diamante y el grafito.
Diamante
Cada átomo de carbono está unido a otros cuatro mediante enlaces covalentes, formando una red tridimensional.
- Es un sólido muy duro.
- No conduce la electricidad.
- Tiene un alto punto de ebullición.
Grafito
Cada átomo de carbono está unido a otros tres átomos mediante enlaces covalentes y a un cuarto átomo, en otro plano, mediante un enlace más débil.
- Conduce la corriente eléctrica.
El Enlace Covalente en los Compuestos
Los átomos de elementos diferentes se unen para formar compuestos, y cuando esta unión se realiza compartiendo electrones, hablamos de compuestos covalentes.
Compuestos Covalentes Moleculares
En los compuestos covalentes moleculares, los átomos se mantienen unidos mediante enlaces covalentes. El agua (H2O), el amoniaco (NH3) y el cloruro de hidrógeno (HCl) son ejemplos.
- No conducen la corriente eléctrica.
- No son solubles en agua.
- Tienen bajos puntos de fusión y ebullición.
Compuestos Covalentes Reticulares
No existen moléculas, sino redes cristalinas de átomos unidos por enlaces covalentes. Un ejemplo es el cuarzo (SiO2).
- No conducen la electricidad.
- Son muy duros.
- Tienen elevados puntos de fusión y ebullición.
Polaridad del Enlace Covalente
Cuando un enlace covalente se forma entre dos átomos iguales o dos diferentes con la misma tendencia a captar electrones, los electrones compartidos son igualmente atraídos por los dos núcleos, y el centro geométrico de las cargas positivas coincide con el de las negativas. Se trata de un enlace covalente apolar.
Formación de Dipolos Permanentes
Un dipolo permanente es una molécula en la que uno o más átomos tienen carga parcial positiva y otro o más átomos carga parcial negativa. El enlace covalente y la molécula son polares cuando existe un dipolo permanente.
Dipolos Instantáneos e Inducidos
Un dipolo instantáneo se forma cuando, en un instante determinado, los centros geométricos de las cargas positivas y negativas de una molécula no coinciden. Si este dipolo induce la formación de otros dipolos, estos últimos serán dipolos inducidos.
Enlaces Intermoleculares
Se producen entre moléculas y son más débiles que los enlaces covalentes. Podemos distinguir entre:
Enlaces de Hidrógeno
Es una fuerza electrostática entre dipolos permanentes en los que el hidrógeno soporta una carga parcial positiva y otro átomo una carga parcial negativa. Este enlace justifica las propiedades de sustancias como el H2O, HF y NH3.
Fuerzas de Van der Waals
Son fuerzas de atracción electrostática más débiles que los enlaces de hidrógeno, que tienen lugar entre los dipolos permanentes o inducidos, y justifican las propiedades de sustancias como el I2.
Los Compuestos Iónicos
El enlace iónico se basa en la transferencia de electrones y la atracción electrostática entre los iones de signo opuesto.
Propiedades de los Compuestos Iónicos
- Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente.
- Tienen elevados puntos de fusión y ebullición.
- Presentan gran dureza o resistencia a ser rayados.
- Son frágiles y quebradizos.
- Conducen la electricidad cuando están fundidos o disueltos.
Transición entre el Enlace Covalente y el Iónico
Son dos modelos extremos de enlace. La polaridad de un enlace en un compuesto polar hace que nos encontremos ante un caso de enlace covalente con carácter iónico. Todos los enlaces covalentes polares son parcialmente iónicos.
El Enlace Metálico
Se forma cuando las capas electrónicas exteriores de los átomos metálicos se solapan y los electrones quedan deslocalizados, sin pertenecer a ningún átomo en concreto. Un cristal metálico está formado por cationes sumergidos en un «mar» o «gas» de electrones libres deslocalizados.
Propiedades de los Metales
- Son dúctiles y maleables.
- Buenos conductores eléctricos y térmicos.
- Presentan brillo metálico.
- Poseen elevados puntos de fusión y ebullición.
Conceptos Cuantitativos en Química
La Masa Molecular Relativa
La masa molecular relativa de un elemento o de un compuesto es igual a la suma de las masas atómicas relativas de los átomos que aparecen en su fórmula. No tiene unidades. Puede ser de un elemento molecular, de un compuesto molecular o de un compuesto cristalino.
La composición centesimal es el porcentaje de masa que corresponde a cada uno de los elementos que lo forman.
Cantidad de Sustancia (Mol)
Un mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0.012 kg (12 g) de carbono-12. Un mol es la cantidad de sustancia que contiene 6.022 × 1023 (Constante de Avogadro) entidades de dicha sustancia.
Número de partículas = número de mol × Constante de Avogadro
Número de mol = número de partículas / Constante de Avogadro
La Masa Molar
Es la masa de un mol de átomos, moléculas, iones, etc.
Cantidad de sustancia (mol) = masa (g) / masa molar (g/mol)
n (mol) = m (g) / M (g/mol)
Número de partículas = (masa (g) / masa molar (g/mol)) × Constante de Avogadro
Ley de Avogadro
Volúmenes iguales de cualquier gas, medidos a la misma presión y temperatura, contienen igual número de moléculas.
El Volumen Molar
Es el volumen que ocupa un mol de cualquier gas a 1 atm de presión y 0 °C (Condiciones Normales). El volumen molar de todos los gases es 22.4 L. Este volumen contiene 6.022 × 1023 partículas (átomos, moléculas o iones).