En química, un dato experimental importante es que sólo los gases
nobles y los metales en estado de vapor se presentan
en la naturaleza como átomos aislados, en la mayoría de los
materiales que nos rodean los elementos están unidos por enlaces
químicos.
Enlace significa unión, un enlace químico es la unión
de dos o más átomos con un solo fin, alcanzar la estabilidad, tratar de
parecerse al gas noble más cercano. Para la mayoría de los
elementos se trata de completar ocho electrones en su último nivel.
Las fuerzas atractivas que mantienen juntos los elementos que conforman
un compuesto, se explican por la interacción de los electrones que ocupan los
orbitales más exteriores de ellos (electrones de valencia).
Cuando dos átomos se acercan se ejercen varias fuerzas entre ellos.
Algunas de estas fuerzas tratan de mantenerlos unidos, otras tienden a
separarlos.
En la mayoría de los átomos, con excepción de los gases nobles (muy
estables, con su última capa o nivel de energía completo con sus ocho
electrones), las fuerzas atractivas son superiores a las repulsivas y los
átomos se acercan formando un enlace.
Así, podemos considerar al enlace químico como la fuerza que
mantiene unidos a dos o más átomos dentro de una molécula.
Todos los enlaces químicos resultan de la atracción simultánea de uno o
más electrones por más de un núcleo.
Electrones
de Valencia
Ya que arriba lo mencionamos, veamos
este concepto.
En la mayoría de los átomos, muchos de
los electrones son atraídos con tal fuerza por sus propios núcleos que no
pueden interaccionar de forma apreciable con otros núcleos. Sólo los electrones
que ocupan los niveles de energía más alejados del núcleo de un átomo pueden
interaccionar con dos o más núcleos. A éstos se les llama electrones de valencia (sobre los niveles de energía).
La unión consiste en que uno o más
electrones de valencia de algunos de los átomos se introducen en la esfera
electrónica del otro.
Aquí debemos recordar que el número de electrones de valencia de
un átomo es igual al número de su familia o grupo (que corresponden a las 18
divisiones verticales) en la tabla periódica, usando sólo la antigua
numeración romana.
Así, tenemos un electrón de valencia
para los elementos de los grupos IA (o grupo 1) y IB (o grupo 11); dos
electrones de valencia para los elementos de los grupos IIA y IIB (o grupos 2 y
12), y cuatro para los elementos de los grupos IVB y IVA (o grupos 4 y 14).
Todos los átomos de los gases nobles (o sea: neón, argón, criptón, xenón y
radón) tienen ocho electrones de valencia, excepto el helio, que tiene dos. Los
elementos de las familias (grupos) cercanas a los gases nobles tienden a
reaccionar para adquirir la configuración de ocho electrones de valencia de los
gases nobles.
Esta configuración electrónica de los
gases nobles les comunica inactividad química y una gran estabilidad.
Esto se conoce como la regla del octeto de Lewis, que
fue enunciada por el químico estadounidense Gilbert N. Lewis.
Regla
del octeto
Los átomos tienden a perder, ganar o
compartir electrones en forma tal que queden con un total de 8 electrones en su
nivel energético más exterior, esta configuración les proporciona gran estabilidad.
Estructura o Notación de Lewis
La notación o estructura de Lewis es
una representación gráfica que muestra la cantidad de electrones de valencia
que hay en el último orbital.
La estructura de Lewis fue propuesta
por Gilbert Lewis, la cantidad de electrones de valencia se representan con
puntos alrededor del elemento químico (símbolo), como vemos a la derecha en el
ejemplo del Br.
Valencia electroquímica
Se llama valencia electroquímica al número de electrones que ha perdido
o ganado un átomo para transformarse en ion. Si dicho número de electrones
perdidos o ganados es 1, 2, 3, etcétera, se dice que el ion (o ión) es
monovalente, bivalente, trivalente, etcétera.
Iones
Los átomos están constituidos por el
núcleo y la corteza (capas o niveles de energía que ocupan los electrones). El
número de cargas positivas (cantidad de protones) del núcleo es igual al número
de electrones que giran en la corteza; de ahí su electronegatividad (que en
estado neutro es cero , y
significa igual cantidad de protones a igual cantidad de electrones). Si la
corteza electrónica de un átomo neutro pierde o gana electrones se forman los
llamados iones.
Entonces, los iones son átomos o grupos
atómicos que tienen un número mayor o menor de electrones que de protones.
En el primer caso (más electrones) los iones tienen carga negativa y
reciben el nombre de aniones ,
y en el segundo (menos electrones) están
cargados positivamente y se llaman cationes.
Elementos electropositivos y electronegativos
Se llaman elementos electropositivos aquellos que tienen tendencia a perder
electrones transformándose en cationes;
a ese grupo pertenecen los metales.
En cambio, elementos electronegativos son los que toman con facilidad
electrones transformándose en aniones;
a este grupo pertenecen los metaloides.
Los elementos más electropositivos
(tendencia a perder electrones) están situados en la parte izquierda del sistema o tabla periódica; son
los llamados elementos
alcalinos. A medida que se avanza en cada período hacia la derecha va
disminuyendo el carácter electropositivo, llegándose, finalmente, a los Halógenos de fuerte carácter electronegativo (elementos con tendencia a tomar
electrones).
A
modo de resumen:
Ion:
átomo o conjunto de átomos que poseen carga eléctrica (han cedido o han captado
electrones).
Catión: ion con carga positiva (ha cedido
electrones). Ejemplo: Ca+2 ion calcio, NH4+ ion amonio
Anión: ion con carga negativa (ha captado
electrones). Ejemplo: Br– ion bromuro, ClO2– ion clorito
Tipos de enlaces
Como dijimos al principio, el hecho de
que los átomos se combinen o enlacen para formar nuevas sustancias se
explica por la tendencia a conformar estructuras más estables. De ahí que
dichos enlaces químicos sean considerados como un incremento de estabilidad.
Para lograr ese estado ideal estable,
los átomos pueden utilizar algún método que les acomode, eligiendo entre: ceder
o captar electrones, compartir electrones con otro átomo o ponerlos en común
junto con otros muchos.
De estas tres posibilidades nacen los
tres tipos de enlace químico: iónico, covalente y metálico.
Tomando como base la diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman un enlace
se puede predecir el tipo de enlace que se formará:
Si la diferencia de electronegatividades
es mayor que 2 = se formara un enlace iónico.
Si la diferencia de electronegatividades
es mayor que 0,5 y menor a 2,0 = el enlace formado será covalente polar.
Si la diferencia de electronegatividades
es menor a 0,5 = el enlace será covalente puro (o no polar).
Enlace iónico
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, formando enlaces iónicos.
Este enlace se origina cuando se
transfiere uno o varios electrones de un átomo a otro. Debido al intercambio
electrónico, los átomos se cargan positiva y negativamente, estableciéndose así
una fuerza de atracción electrostática que los enlaza. Se forma entre dos átomos con una
apreciable diferencia de electronegatividades, los elementos de los grupos
I y II A forman enlaces iónicos con los elementos de los grupos VI y VII A.
En general, cuando el compuesto está constituido por un metal y un
no-metal y además la diferencia en electronegatividades es grande, el compuesto
es iónico. Es el caso del
bromuro de potasio (KBr).
Propiedades de un enlace
iónico
Los productos resultantes de un enlace
iónico poseen características especiales:
• Son sólidos de
elevado punto de fusión y ebullición.
• La mayoría son
solubles en disolventes polares como el agua.
• La mayoría son insolubles
en disolventes apolares como el benceno o el hexano.
• Las sustancias
iónicas conducen la electricidad cuando están en estado líquido o en
disoluciones acuosas por estar formados por partículas cargadas (iones),
pero no en estado cristalino, porque los iones individuales son demasiado
grandes para moverse libremente a través del cristal.
• Al intentar
deformarlos se rompe el cristal, son frágiles.
Enlace covalente
Se presenta cuando se comparten uno o
más pares de electrones entre dos átomos cuya diferencia de electronegatividad
es pequeña.
Si los átomos enlazados son no metales e idénticos (como en N 2 o en O 2 ), los electrones
son compartidos por igual por los dos átomos, y el enlace se llama covalente
apolar .
Se establece entre átomos con igual electronegatividad. Átomos del mismo
elemento presentan este tipo de enlace.
En este enlace covalente no polar, la densidad electrónica es simétrica
con respecto a un plano perpendicular a la línea entre los dos núcleos. Esto es
cierto para todas las moléculas diatómicas homonucleares (formadas por dos
átomos del mismo elemento), tales como H 2 , O 2 , N 2 , F 2 y Cl 2 , porque los dos átomos idénticos tienen
electronegatividades idénticas. Por lo que podemos decir: los enlaces covalentes en todas las
moléculas diatómicas homonucleares deben ser no polares. Por ejemplo, una
molécula de dióxido de carbono (CO 2 ) es lineal con el átomo de carbono al centro
y, por lo tanto, debido a su simetría es covalente apolar.
Si los átomos son no metales pero
distintos (como en el óxido nítrico, NO), los electrones son compartidos en
forma desigual y el enlace se llama covalente polar (polar porque la molécula
tiene un polo eléctrico positivo y otro negativo, y covalente porque los átomos
comparten los electrones, aunque sea en forma desigual).
Se establece entre átomos con
electronegatividades próximas pero no iguales.
Estas sustancias no conducen la
electricidad ni tienen brillo, ductilidad o maleabilidad.
Propiedades
de los enlaces covalentes
• Son gases, líquidos
o sólidos de bajo punto de fusión.
• La mayoría son
insolubles en disolventes polares.
• La mayoría son
solubles en disolventes apolares.
• Los líquidos y
sólidos fundidos no conducen la electricidad.
• Las disoluciones
acuosas son malas conductoras de la electricidad porque no contienen partículas
cargadas.
Enlace
metálico
Si los átomos enlazados son elementos
metálicos, el enlace se llama metálico.
Los electrones son compartidos por los átomos, pero pueden moverse a través del
sólido proporcionando conductividad térmica y eléctrica, brillo, maleabilidad y
ductilidad.
Los electrones que participan en él se
mueven libremente, a causa de la poca fuerza de atracción del núcleo sobre los
electrones de su periferia.
Cuando los electrones son compartidos
simétricamente, el enlace puede ser metálico o covalente apolar; si son
compartidos asimétricamente, el enlace es covalente polar; la transferencia de
electrones proporciona enlace iónico. Generalmente, la tendencia a una
distribución desigual de los electrones entre un par de átomos aumenta cuanto
más separados están en la tabla
periódica.
Cómo se forman los enlaces
covalentes no polares y polares
Al contrario de los enlaces iónicos, en
los cuales ocurre una transferencia completa de electrones, el enlace covalente
ocurre cuando dos (o más) elementos comparten electrones.
El enlace covalente ocurre porque los
átomos en el compuesto tienen una tendencia similar hacia los electrones
(generalmente para ganar electrones). Esto ocurre comúnmente cuando dos no
metales se enlazan. Ya que ninguno de los no metales que participan en el
enlace querrá ganar electrones, estos elementos compartirán electrones para
poder llenar sus envolturas de valencia.
Un buen ejemplo de un enlace covalente
es ese que ocurre entre dos átomos de hidrógeno.
Los átomos de hidrógeno (H) tienen un
electrón de valencia en su primera y única capa o envoltura. Puesto que la
capacidad de esta envoltura es de dos electrones, cada átomo hidrógeno tenderá
a captar un segundo electrón.
En un esfuerzo por recoger un segundo
electrón, el átomo de hidrógeno reaccionará con átomos H vecinos para formar el
compuesto H 2 . Ya que el compuesto de
hidrógeno es una combinación de átomos igualados, los átomos compartirán cada
uno de sus electrones individuales, formando así un enlace covalente. De esta
manera, ambos átomos comparten la estabilidad de una envoltura de valencia.
Siempre que dos átomos del
mismo elemento se enlazan (formando moléculas diatómicas homonucleares),
tendremos un enlace no polar.
Otro ejemplo de enlace covalente apolar
(no polar), pero con átomos diferentes, es el metano (CH 4 ).
La electronegatividad del carbono es
2,5 y la del hidrógeno es 2,1; la diferencia entre ellos es de 0,4 (menor de
0,5), por lo que el enlace se considera no polar. Además, el metano es una
molécula muy simétrica, por lo que las pequeñas diferencias de
electronegatividad en sus cuatro enlaces se anulan entre sí.
En cambio, se forma un enlace polar
cuando los electrones son desigualmente compartidos (permanecen más tiempo
cerca de un átomo que del otro) entre dos átomos. Los enlaces covalentes
polares ocurren porque un átomo tiene una mayor afinidad hacia los electrones
que el otro (sin embargo, no tanta como para empujar completamente los
electrones y formar un ión).
Esto quiere decir que, en un enlace
covalente polar los electrones que se enlazan pasarán un mayor tiempo alrededor
del átomo que tiene la mayor afinidad hacia los electrones. Un buen ejemplo del
enlace covalente polar es el enlace hidrógeno - oxígeno en la molécula de agua.
Comentarios
Publicar un comentario