3ºESO Departamento de Física y Química Enlace Químico: Iónico, Covalente, Metálico. Notación de Lewis IES Ángel Corella

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ENLACE QUÍMICO

El enlace químico es la fuerza que mantiene unidos a grupos de dos o más átomos, iguales o distintos, formando sustancias simples poliatómicas o sustancias compuestas. También podemos definir el enlace químico como un proceso en el que los átomos ganan, pierden o comparten electrones de las capas externas hasta conseguir la configuración propia de un gas noble (Regla del Octeto).

En este curso distinguiremos sólo entre tres tipos de enlace: iónico, covalente y metálico.

La forma en que los átomos se enlazan es determinante sobre las propiedades físicas y químicas de las sustancias. Por ejemplo, al respirar monóxido de carbono, las moléculas de CO se enlazan fuertemente a ciertas sustancias presentes en los glóbulos rojos de la sangre haciendo que éstos no puedan unirse al oxígeno.

REGLA DEL OCTETO

A principios del pasado siglo veinte, los estudios de Lewis sobre la forma de enlazarse los átomos concluyeron en la conocida ‘Regla del Octeto’1 :

“Cuando se forma un enlace químico los átomos reciben, ceden o comparten electrones de tal forma que la capa más externa de cada átomo contenga ocho electrones, adquiriendo así la estructura electrónica del gas noble más cercano en el sistema periódico”.

ENLACE IÓNICO

Es el enlace que se da entre un metal y un no metal, es decir, entre elementos de electronegatividades muy diferentes. Se produce entonces una cesión de electrones del elemento menos electronegativo al más electronegativo, formándose de esta manera, los respectivos iones positivos (los que pierden electrones, cationes) y negativos (los que ganan electrones, aniones).

Este tipo de enlace suele darse entre elementos que están a un extremo y otro de la tabla periódica. O sea, el enlace se produce entre elementos muy electronegativos (NO METALES) y elementos poco electronegativos (METALES).

1 Aquellos átomos cercanos en estructura electrónica al Helio, tienen como tendencia dicha estructura electrónica; es decir, tener dos electrones en su capa más externa: Hidrógeno, Litio, Berilio. En algunos textos se modifica el nombre en estos casos y pasa a denominarse ‘Regla del Dueto’.

Fig. 1 Formación de enlace entre Na y Cl. Da lugar a la unión entre un catión y un anión.

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¿Qué mantiene la unión?

La fuerza de atracción electrostática entre las cargas positivas y las cargas negativas que se forman; es decir, la fuerza de atracción entre los cationes y los aniones.

¿Qué tipo de estructura forman?

No forman moléculas aisladas, sólo se forman redes cristalinas (ordenadas). Por tanto, los iones que se forman con este enlace no forman moléculas aisladas sino que se agrupan de forma ordenada en redes en las que el número de cargas positivas es igual al de cargas negativas, dando lugar a un compuesto neutro. La fórmula que habitualmente se da es una fórmula empírica2.

Propiedades

- Temperaturas de fusión y ebullición muy elevadas. Sólidos a temperatura ambiente. - La red cristalina es muy estable por lo que resulta muy difícil romperla. - Son duros (resistentes al rayado). - No conducen la electricidad en estado sólido, los iones en la red cristalina están en

posiciones fijas, no quedan partículas libres que puedan conducir la corriente eléctrica. - Son solubles en agua por lo general, los iones quedan libres al disolverse y puede

conducir la electricidad en dicha situación. - Al fundirse también se liberan de sus posiciones fijas los iones, pudiendo conducir la

electricidad.

2 La fórmula empírica indica los elementos que están presentes en la sustancia y la proporción en que se encuentran, expresada en números enteros lo más pequeños posibles. Coincide con la fórmula molecular cuando las sustancias presentan moléculas aisladas (sustancias moleculares). En algunos casos (sustancias orgánicas habitualmente) la fórmula molecular es un múltiplo de la fórmula empírica.

Fig. 2 Estructura cristalina de sustancias iónicas. Observad que están formadas por cationes y aniones, no por simples átomos.

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ENLACE COVALENTE

Es el enlace que se da entre no metales, es decir, elementos de electronegatividades altas y muy parecidas, en estos casos ninguno de los átomos tiene más posibilidades que el otro de perder o ganar los electrones. La forma de cumplir la regla de octeto es mediante la compartición de electrones entre dos átomos. Cada par de electrones que se comparten es un enlace. Los electrones que se comparten se encuentran localizados entre los átomos que los comparten.

¿Qué mantiene la unión?

La fuerza de atracción entre las cargas positivas de los núcleos y las cargas negativas de los electrones que se comparten.

¿Qué tipo de estructura forman?

Pueden formar sustancias moleculares (gases y líquidos), o bien formar redes cristalinas (sólidos covalentes), en ese caso no tendremos moléculas como tales entidades que se puedan aislar. Presentan propiedades diferentes:

Sustancias moleculares

Están constituidas de moléculas, agrupaciones de un número concreto de átomos que se encuentran unidos dos a dos mediante enlace covalente. Se representa mediante la fórmula molecular3. Son las únicas sustancias que podemos considerar que tienen moléculas como tales entes que se pueden aislar.

Propiedades.

- Temperaturas de fusión bajas. A temperatura ambiente se encuentran en estado gaseoso, líquido (volátil) o sólido de bajo punto de fusión.

- Las temperaturas de ebullición son igualmente bajas. - No conducen la electricidad en ningún estado físico dado que los electrones del enlace están

fuertemente localizados y atraídos por los dos núcleos de los átomos que los comparten. - No conducen el calor. - La mayoría son poco solubles en agua. Cuando se disuelven en agua no se forman iones dado

que el enlace covalente no los forma, por tanto, si se disuelven tampoco conducen la electricidad.

3 La fórmula molecular indica la cantidad exacta de átomos de cada elemento que está presente en la unidad más pequeña de una sustancia. Son las fórmulas verdaderas de las moléculas.

enlace simple enlace doble enlace triple

amoniaco, NH3 oxígeno

gaseoso, O2 dióxido de carbono, CO2

nitrógeno gaseoso, N2

Ejemplos:

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Sólidos covalentes o redes covalentes

Los enlaces covalentes permiten asociaciones de grandes e indeterminadas cantidades de átomos iguales o diferentes. La fórmula de las redes covalentes es, al igual que la de las sustancias iónicas, una fórmula empírica2 más atrás.

Propiedades

- No conducen el calor ni la electricidad. - Son insolubles en agua. - Presentan temperaturas de fusión y ebullición muy elevadas. Son sólidos a temperatura

ambiente. - Son muy duros (resistencia a ser rayado).

Ejemplos:

ENLACE METÁLICO

Es el enlace que se da entre metales, es decir, entre elementos de electronegatividades bajas y muy parecidas, en estos casos ninguno de los átomos tiene más posibilidades que el otro de perder o ganar los electrones.

La forma de cumplir la regla de octeto es mediante la compartición de electrones entre muchos átomos, éstos quedan deslocalizados, de tal manera que se crea una nube de electrones que es compartida por todos los cationes que quedan después de que cada átomo haya cedido sus electrones de valencia al conjunto.

¿Qué mantiene la unión?

La fuerza de atracción electrostática entre las cargas positivas de los cationes y las cargas negativas de la nube de electrones.

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Propiedades

- Temperaturas de fusión y ebullición muy elevadas. Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio que es líquido).

- Buenos conductores de la electricidad (nube de electrones deslocalizada) y del calor (facilidad de movimiento de electrones y de vibración de los cationes).

- Son dúctiles (facilidad de formar hilos) y maleables (facilidad de formar láminas) al aplicar presión. Esto no ocurre en los sólidos iónicos ni en los sólidos covalentes dado que al aplicar presión en estos casos, la estructura cristalina se rompe.

- Son en general duros (resistentes al rayado).

- La mayoría se oxida con facilidad.

ZOOM

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Tabla Resumen Enlace covalente

Enlace iónico Enlace

metálico Sustancia molecular

Sólido covalente

¿Alto punto de fusión y ebullición? No Sí Sí Sí ¿Conduce electricidad? No No No Sí ¿Conduce la electricidad en estado líquido (fundido)?

No No Sí Sí

¿Conduce la electricidad al disolverse en agua? No No Sí -- ¿Se disuelve en agua? Algunas No Sí -- ¿Maleabilidad y ductilidad? No No No Sí ¿Duro? No Sí Sí Si - No

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ESTRUCTURAS DE LEWIS

Como ya comenté en clase, las partículas que realizan el papel principal en cualquier enlace químico son los electrones, y no cualesquiera, sólo participan en el enlace los llamados electrones de valencia, es decir, los electrones que cada átomo tiene en su última capa4.

Para poder entender cómo se forman los enlaces utilizamos las “Estructuras de Lewis”, de esta manera podremos visualizar los procesos electrónicos. En la estructura de Lewis el símbolo del elemento está rodeado de puntos o pequeñas cruces que corresponden al número de electrones presentes en la capa más externa, la también denominada capa de valencia.

Un esquema en el que se utilizan las estructuras de Lewis sería de la siguiente forma:

1. Primero representaríamos los átomos sin enlazar, cada uno rodeado de tantos puntos o cruces como electrones posee en la última capa.

2. Pondríamos después una flecha para indicar el proceso del enlace químico. 3. A la derecha de la flecha pondríamos los átomos enlazados, el enlace lo formarían los átomos

que han sido ganados-perdidos, o bien, los compartidos.

El 4 paso lo distinguimos entre el enlace covalente y el enlace iónico:

4. En el caso del enlace covalente, considerando que cada enlace se formará a partir de dos, y solo dos, electrones. Podemos encontrarnos:

- Enlace simple en el que se encuentran implicados dos electrones. Ej: 𝑯 − 𝑯 - Enlace doble en el que se encuentran implicados cuatro electrones (dos por enlace). Ej: 𝑶 = 𝑶 - Enlace triple en el que se encuentran implicados seis electrones (dos por enlace). Ej: 𝑵 ≡ 𝑵 - Recuerda que el objetivo que tienen los átomos al unirse, es encontrar la estabilidad, es decir,

conseguir tener 8 electrones en su última capa (Regla del Octeto), o 2 electrones en el caso del H (Regla del Dueto).

4 En el primer tema, el átomo y la tabla periódica, vimos sobre la tabla periódica, cuántos electrones tenían en su última capa los átomos de cada uno de los elementos dependiendo de la columna o grupo en la que se encontrasen dentro de la tabla periódica. Mirad el esquema de la tabla periódica que os di, o bien, la tabla de la agenda.

𝐻 − 𝑂 − 𝐻••

••• •OH x xH 𝐻 𝑂H − O − H

H x••

••• •

•Cl 𝐻 − 𝐶𝑙 𝐻𝐶𝑙H − Cl

••

••• •

•

x x

x x

xx

x 𝐹 − 𝐹 𝐹F − FF F

• • N N

• • •

x x

x xx N ≡ N 𝑁 ≡ 𝑁 𝑁

𝑂 = 𝑁 = 𝑂

𝐻

𝐻𝑁𝑂O = N = O

H

x x

x x

xx

••

••

•

Hx

O N Ox x

x x

xx

2 enlaces SIMPLES

enlace SIMPLE

enlace SIMPLE

2 enlaces DOBLES y

uno SIMPLE

enlace TRIPLE

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4. En el caso del enlace iónico, al otro lado de la fecha representaremos el catión sin ningún electrón representado, y a la derecha el anión representado con sus ocho electrones distinguiéndose los propios de los cedidos por el metal, tal y como aparece a continuación en estos tres ejemplos:

GRUPO I II III IV V VI VII

electrones en la última capa (capa de valencia)

1 2 3 4 5 6 7

orbitales de la última capa s1 s2 s2 p1 s2 p2 s2 p3 s2 p4 s2 p5

Estructura de Lewis

• •

• • • • •

• •

• •

• •

• •

• •

•

• •

• ••

• • •

• •

Cl•

• •

• •

• •Mg x x

Cl•

• •

• •

• •

2Mg2+ Cl• •

• • •

• •x

-

Cl

• •

• • •

• •x

-Na+Na x Cl•

• •

• •

• •

O• •

• •

• •x xxAl

O• •

• •

• •

O

• •

• •

• •

x xxAl

2 Al3+ 3-

O

• •

• •

• •

x x