Estabilidad y Enlace Químico

1. Energía y Enlace Químico

Se llama enlace químico al conjunto de fuerzas que mantienen unidos los átomos, iones y moléculas cuando forman compuestos. La mayoría de los elementos forman compuestos. Esto se debe a que el compuesto es mucho más estable que los elementos que lo forman por separado.

Sabemos que existe una relación estrecha entre la estabilidad y la energía: los sistemas más estables son los que contienen menos energía. Por tanto, los compuestos tienen menos energía que los elementos por separado, por lo que cuando se forma un enlace se desprenderá energía. Mientras que para romperlo habrá que suministrar esa misma cantidad de energía, denominada energía de enlace.

Un elemento no forma enlaces cuando sus átomos presentan gran resistencia a ser modificados, y esto ocurre precisamente cuando su última capa se encuentra completamente llena, como en el caso de los gases nobles. Al tener su última capa llena, son muy estables.

Estos hechos experimentales han llevado a los químicos a enunciar una regla de gran interés práctico, aunque realmente no tenga validez general. Esta regla, especialmente aplicable para los elementos representativos, se denomina regla del octeto:

«Muchos elementos, al unirse a otros, manifiestan tendencia a adquirir la estructura electrónica externa propia de los gases nobles, es decir, tener, en la mayoría de los casos, ocho electrones en su capa de valencia»

Tipos de Enlace

Hay tres tipos principales de enlace:

• Covalente: Se da entre elementos no metálicos. Los electrones son atraídos con igual intensidad por los núcleos del enlace (si es puro) o compartidos de forma desigual (si es polar).
• Iónico: Se da entre metales y no metales. Los electrones del enlace son atraídos más fuertemente por uno de los núcleos (el no metal), por lo que abandona totalmente el otro núcleo, formando iones.
• Metálico: Se da entre metales. Es el que se establece entre un gran número de cationes que se mantienen unidos por una nube de electrones que son los electrones de valencia.

2. El Enlace Covalente

Se da entre no metales, que comparten uno o más pares de electrones para así completar su última capa. Si comparten un par, el enlace es simple; si comparten dos pares, es doble; si comparten tres, es triple.

Este tipo de enlace se representa mediante diagramas de Lewis. (Nota: Realizar el diagrama del cloro).

Los átomos estarán más unidos cuando se compartan más electrones, por lo que serán más estables, y hará falta más energía para separarlos.

Polaridad y Dipolos

Cuando los elementos del enlace son los mismos, al haber igual apetencia por los electrones del enlace, no se forman dipolos, y el enlace se denomina apolar, homopolar o covalente puro.

Si los elementos son distintos, hay distinta apetencia por los electrones del enlace. Uno de los elementos, el más electronegativo, atraerá más a los electrones, por lo que los centros de distribución de cargas positivas y negativas no coinciden y se formará lo que se denomina un dipolo. (Nota: Hacer SO, no olvidar a cada extremo las δ⁺ y δ^–).

Fuerzas Intermoleculares

Cuando tenemos varios dipolos, existen dos tipos de fuerzas que mantienen unidas las moléculas:

Fuerzas de Van der Waals

Estas fuerzas serán mayores cuanto mayor sea la polaridad de las moléculas. Estas fuerzas también se dan en las moléculas apolares, ya que se pueden formar dipolos transitorios que inducen dipolos en las moléculas vecinas, y entre los dipolos aparece una fuerza atractiva.

Enlaces o Puentes de Hidrógeno

Son de mayor intensidad que las de Van der Waals, y se presentan en moléculas que poseen átomos de hidrógeno unidos a elementos muy electronegativos como el flúor, el oxígeno o el nitrógeno. En este enlace, el núcleo del átomo de hidrógeno es atraído simultáneamente por dos pares de electrones: uno de ellos corresponde a su molécula, y otro está generalmente en otra molécula distinta (Nota: Ver dibujo 1).

Enlace Dativo o Coordinado

Cuando uno de los átomos del enlace aporta los electrones, y son compartidos por los dos átomos, se dice que el enlace es dativo o coordinado. (Nota: Ver dibujo 2).

El ozono, O₃, puede considerarse también como una molécula con enlace dativo (Nota: Ver dibujo 3).

Resonancia

En el caso del ozono, habría dos posibles estructuras de Lewis (Nota: Ver dibujo 4).

Aparece entonces lo que se denomina resonancia, es decir, una estructura intermedia para explicar estructuras con más de una explicación teórica, no siendo ni una ni otra la verdadera. Se comprueba experimentalmente que los enlaces en el ozono son intermedios entre el simple y el doble enlace (Nota: Ver dibujo 5).

Propiedades de los Compuestos Covalentes

• Se pueden encontrar en estado sólido, líquido y gaseoso (la mayoría).
• Tienen bajos puntos de fusión y ebullición, ya que las fuerzas intermoleculares son muy débiles comparadas con las fuerzas intramoleculares.
• Sin embargo, hay compuestos covalentes que forman redes tridimensionales, como el diamante. Estos compuestos se denominan sólidos covalentes y, evidentemente, poseen puntos de fusión y de ebullición muy altos.
• Las sustancias apolares son solubles en disolventes apolares, como la gasolina, mientras que las sustancias polares lo son en disolventes polares como el agua. Los sólidos covalentes son insolubles.
• Las sustancias apolares y los sólidos covalentes son no conductoras. Las sustancias polares son algo conductoras.

3. El Enlace Iónico

El enlace iónico se forma por la transferencia de electrones entre un metal (que cede electrones y se convierte en catión) y un no metal (que acepta electrones y se convierte en anión), manteniéndose unidos por fuerzas electrostáticas.

Propiedades de los Compuestos Iónicos

• Son todos sólidos a temperatura ambiente.
• Altos puntos de fusión y ebullición, pues las fuerzas electrostáticas entre iones son intensas.
• Solubles en disolventes polares como el agua e insolubles en disolventes apolares como la gasolina o el benceno.
• No conducen la electricidad en estado sólido, ya que, aunque poseen iones cargados, estos ocupan posiciones fijas en la red. En cambio, disueltos o fundidos sí la conducen, ya que entonces los iones pueden moverse libremente.

4. El Enlace Metálico

Generalmente, un metal está constituido por muchos cristales minúsculos no perceptibles a simple vista, aunque pueden verse, frecuentemente, con la ayuda de un microscopio. El carácter cristalino de los metales significa que sus átomos se colocan formando una estructura regular.

En realidad, esta estructura se establece entre un gran número de cationes que son los átomos que han cedido sus electrones de valencia convirtiéndose en iones positivos. Los electrones de valencia forman una nube electrónica entre los iones positivos, y esta nube electrónica estabiliza el cristal. En general, el enlace metálico es tanto más fuerte cuanto mayor es el número de electrones de valencia del metal (Nota: Ver dibujo 6).

Propiedades de los Metales

• Sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio).
• Altísimo punto de fusión y de ebullición (a veces es imposible pasarlo a gas).
• Son muy insolubles en disolventes polares y apolares.
• Buenos conductores de la corriente eléctrica (ya que los electrones de la nube electrónica pueden moverse libremente).
• Buenos conductores del calor (que se transmite por las colisiones entre cationes).
• Dúctiles y maleables, de modo que las capas de iones positivos pueden desplazarse unas sobre otras.