Enlaces químicos

Química. Energía y estabilidad. Clases de enlaces: iónicos, metálicos y covalentes. Estructura de los compuestos. Polarización

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  • Concepto de enlace químico.

  • Las fuerzas que mantienen unidos los átomos, los iones o las moléculas que forman las sustancias químicas de manera estable se denominan enlaces químicos.

  • Energía y estabilidad.

  • Cuanto mayor es la energía liberada en la formación del enalce, mayor estabilidad tiene éste. A la distancia de enlace, la energía del sistema es mínima, mientras que su estabilidad es máxima.

    Los átomos se unen para formar agrupaciones de mayor estabilidad y menor energía que la que tenían los átomos por separado.

  • Estructura de gas noble.

  • La mayoría de los gases nobles presentan una estructura electrónica ns2 np6 en su capa de valencia. Esta estructura con ocho electrones de valencia recibe el nombre de octeto electrónico y tiene las siguientes características:

    • Se le atribuye la especial estabilidad de los gases nobles, tan reacios a combinarse con otros elementos.

    • En los elementos existe la tendencia a combinarse para conseguir esta estructura electrónica, con la que aumentan su estabilidad.

    Regla del octeto:

    Muchos elementos, al unirse a otros, manifiestan la tendencia a adquirir la estructura electrónica externa propia de los gases nobles.

  • Clases de enlaces químicos.

  • Las sustancias pueden estar compuestas por átomos, iones o moléculas.

    La existencia de distintas clases de partículas ocasiona la aparición de diversas clases de fuerzas que las unen establemente:

    • Los átomos se unen mediante enlace covalente o enlace metálico.

    • Los iones se unen mediante enlace iónico.

    • Las moléculas se unen unas con otras mediante fuerzas intermoleculares.

  • Enlace iónico.

  • Existen muchas sustancias en las que no hay átomos propiamente dichos ni, por tanto, moléculas, Son sustancias constituidas por iones positivos y negativos.

    Los elementos metálicos, con pocos electrones de valencia y baja energía de ionización, tienden a convertirse en cationes.

    Los elementos no metálicos, con muchos electrones de valencia y afinidad electrónica muy negativa, tienden a recibir electrones convirtiéndose en aniones.

    El enlace iónico es la unión que resulta de la presencia de fuerzas electrostáticas entre iones positivos y negativos para dar lugar a la formación de una red cristalina iónica.

    2.1. Estructura de los compuestos iónicos.

    Los compuestos iónicos forman cristales, es decir, estructuras sólidas constituidas por cationes y por aniones. Los cationes se colocan de forma ordenada siguiendo las tres direcciones del espacio.

    La disposición concreta de los iones depende:

    • De la carga de los cationes y de los aniones, ya que debe haber tantas cargas positivas como negativas.

    • Las interacciones electrostáticas. Debe haber el máximo número de atracciones electrostáticas y el mínimo número de repulsiones, puesto que son las fuerzas electrostáticas atractivas las que aseguran la estabilidad del cristal.

    • El tamaño de los iones, ya que se ordenan de manera que haya la menor cantidad de huecos posibles.

    Número de coordinación:

    El número de cationes con los que tiene contacto un anión o el número de aniones con los que tiene un contacto un catión en un cristal iónico es el número de coordinación del anión o del catión, respectivamente.

    Energía de red:

    Es la energía intercambiada en la formación de un mol de cristal iónico a partir de los correspondientes iones positivos y negativos en estado gaseoso.

    Cuanto menor es la energía de red, mayor estabilidad tiene el compuesto iónico.

  • Enlace covalente.

  • Las sustancias que forman enlaces covalentes están caracterizadas por estar constituidas por átomos neutros, generalmente elementos no metálicos.

  • Modelo de Lewis.

  • Según esta teoría, el enlace covalente es la unión que se produce entre dos átomos por el hecho de compartir uno o más pares de electrones.

    La presencia de enlaces covalentes en las sustancias da lugar a la formación de entidades neutras a las que denominamos moléculas.

    Enlace covalente coordinado.

    Cuando el par de electrones compartido es aportado totalmente por uno de los dos átomos enlazados, el enlace recibe el nombre de enlace covalente coordinado y es tan fuerte cuando se ha formado como cualquier otro enlace covalente simple.

  • Teoría del enlace de valencia.

  • Según esta teoría, para que se forme un enlace covalente entre dos átomos es necesario lo siguiente:

    • Cada átomo debe tener un orbital atómico ocupado por un solo electrón.

    • Los dos electrones de los orbitales semiocupados han de tener espines contrarios.

    El enlace covalente se forma al superponerse los dos orbitales semiocupados para formar un orbital común.

    Cuanto mayor es la superposición de los orbitales semiocupados, mayor es la estabilidad del enlace covalente.

    Enlaces múltiples:

    Los enlaces covalentes dobles o triples se forman cuando dos átomos comparten dos o tres pares de electrones.

  • Polarización del enlace covalente.

  • El enlace covalente polar se forma cuando se unen dos átomos de diferente electronegatividad. Esto produce la aparición de cargas parciales en los extremos del enlace.

    Moléculas polarizadas:

    Una molécula diatómica es polar si su enlace está polarizado. En cambio, para que una molécula poliatómica sea un dipolo molecular necesita:

    • Enlaces polarizados.

    • Una forma geométrica adecuada de la molécula que permita la existencia de un momento dipolar resultante, µ.

  • Enlace metálico.

  • Según el modelo de nube electrónica, este enlace tiene las siguientes características:

    • Los átomos del metal ceden sus electrones de valencia convirtiéndose en iones positivos. Éstos se ordenan geométricamente en una red cristalina cuyas características dependen del metal.

    • Los electrones de valencia forman una nube electrónica alrededor de los iones positivos y pueden desplazarse en el interior del metal.

    • La interacción entre los iones positivos y la nube electrónica estabiliza el cristal. El enlace metálico es tanto más fuerte cuanto mayor es el número de electrones de valencia del metal.

    • La unión entre los iones no es rígida ni demasiado fuerte, de tal modo que las capas de iones positivos pueden desplazarse unas sobre otras.

    Los metales en estado sólido forman redes cristalinas de densidad elevada.

  • Enlaces intermoleculares.

  • Son los enlaces que unen moléculas covalentes.

    Estas fuerzas pueden ser:

    • Fuerzas de dispersión: aparecen entre moléculas no polarizadas. Una de las moléculas experimenta un ligero desplazamiento de su nube electrónica respecto del núcleo y forma un dipolo instantáneo. Éste induce un dipolo en una molécula próxima y entre ambos dipolos aparece una fuerza atractiva.

    Su intensidad aumenta conforme crece el tamaño de la molécula.

    • Atracción dipolo-dipolo: aparecen entre el extremo positivo de una molécula polarizada y el extremo negativo de otra.

    Las fuerzas atractivas aumentan con la polaridad de la molécula y disminuyen con el aumento de la temperatura.

    • Enlace de hidrógeno: los átomos de hidrógeno unidos a átomos muy electronegativos y de pequeño tamaño están muy polarizados positivamente. Esto les permite formar un enlace más fuerte que el enlace dipolo-dipolo con el extremo negativo de otra molécula igualmente polarizada.