Enlaces químicos
Introducción
¡Hola!
Me siento muy feliz al saber que sigues aprovechando este curso, espero que lo sigas disfrutando, por lo tanto te invito a comenzar nuestra quinta clase con el tema Enlaces químicos del curso de Química Universitaria. en la que estudiaremos los temas: Fuerzas de atracción en la materia, Fuerzas interatómicas (enlaces iónicos, covalentes y metálicos) y Momento dipolar molecular.
Toda forma de materia en estado puro o combinada se encuentra cohesionada por fuerzas de atracción que vencen a la repulsión. El estudio de las fuerzas que mantienen unidos a los átomos de elemento ya los elementos en un compuesto es de gran relevancia para comprender las propiedades y por tanto el uso que se puede dar a los distintos materiales en beneficio de nuestro desarrollo físico y de los satisfactores que día a día se manufacturan para atender nuestras necesidades por una amplia variedad de tecnología en el sector industrial.
En esta clase abordaremos qué son las fuerzas de atracción, cómo se clasifican, cómo se originan a nivel atómico y qué papel juegan los electrones en la existencia de dichas fuerzas.
Revisaremos los conceptos relevantes del enlace químico y algunos ejemplos del proceso de formación indicando las respectivas estructuras. Complementamos la clase con material virtual esperando sea de tu agrado y sobre todo te resulte interesante por las aplicaciones que tienen los enlaces en las propiedades de los elementos y estándar en todo lo que nos rodea y en nuestro propio organismo.
¡Así que comencemos!
Desarrollo del tema
3.1. Fuerzas de atracción en la materia
Al interior de la materia existen fuerzas de atracción y repulsión, siendo más intensas las de atracción, lo que da origen a las sustancias químicas como las conocemos.
El enlace químico
Es el conjunto de fuerzas de atracción que puede unir átomos para formar una molécula (Whitten et al., 2008).
En la figura 1 te muestro un esquema de clasificación de las fuerzas de atracción.
3.2. Fuerzas interatómicas (enlaces iónicos, covalentes y metálicos)
Los siguientes conceptos corresponden a Whitten et al. (2008):
Enlace químico
Es un proceso importante electrónico, ello significa que los electrones son las partículas subatómicas responsables de que los átomos se encuentran unidos en las moléculas.
- Si se transfieren electrones, se forma el enlace iónico.
- Si se comparten pares de electrones, se forma el enlace covalente.
- Si se mueven libremente los electrones se origina el enlace metálico.
- El estudio de los enlaces químicos hace necesario representar con estructuras, como se encuentran los enlaces a nivel atómico. Para ello se requiere emplear las estructuras de Lewis y la simplificada.
Electrones de valencia
Es el total de electrones que se encuentran en la capa más externa al núcleo atómico. Se obtienen de la configuración electrónica.
Estructura de Lewis
Es la representación de los electrones de valencia de un elemento alrededor de su símbolo, organizados en pares en las posiciones: norte, sur, este y oeste, dependiendo de la cantidad presente dichos electrones. Ver figura 2.
Número de electrones compartidos en una estructura de Lewis. Se obtiene con la siguiente ecuación
Donde:
ec = electrones compartidos en una molécula
ee = electrones necesarios para alcanzar la estabilidad de gas noble
ed = electrones disponibles por el átomo
A continuación, se muestra la forma en que se aplica la ecuación anterior.
Estructura simplificada
Consiste en representar con un guión un par de electrones de valencia compartidos entre átomos. Ejemplos: HH y Cl-Cl. O una flecha para indicar el par de electrones compartidos con el sentido del átomo que dona al que los recibe.
¿Te parece si revisamos los tipos de enlace químico y aplicamos los conceptos de estructuras?
1. Enlace iónico
También se le denomina enlace electrovalente, se origina por la transferencia de electrones de un metal que los pierde a un no metal que los gana. Ver tabla 1.
El tipo de enlace está asociado con las electronegatividades de los elementos correspondientes a la escala de Pauling. Ver figura 3.
En la tabla 2 se muestran los criterios para predecir el tipo de enlace a partir de la diferencia de electronegatividades.
A continuación, se muestra un ejemplo de la formación del enlace iónico
2. Enlace covalente
El modelo covalente se subdivide a su vez en covalente puro, covalente polar o no polar y covalente coordinado.
A, en la tabla 4 se continúa presentando las características y el proceso de la formación del modelo covalente.
La figura 4 podrás ver la secuencia de la formación del enlace covalente de la molécula del hidrógeno gaseoso.
Enlace covalente puro
Se forma con un par de electrones, de los cuales cada uno es aportado por átomos que pueden ser iguales o diferentes. Lo que significa que la diferencia de electronegatividad entre estos átomos es cero o de un valor muy pequeño.
Enlace covalente polar y no polar
En estos tipos de enlace, además de compartir el par de electrones indispensable, existe otro factor determinante para que se origine la unión y sea un enlace covalente polar o uno no polar. Este factor es el momento molecular dipolar.
3.3. Momento dipolar molecular
La polaridad de un enlace químico puede originar que al interior de una molécula se formen dipolos eléctricos. Los cuales son arreglos por los que las cargas se reordenan y ofrecen a separarse.
La magnitud de la intensidad de un dipolo eléctrico se denomina momento dipolar (µ) y se mide de Debye (D). Ver la figura 5.
En la tabla 5. Se muestra un ejemplo del procedimiento para la formación de un enlace covalente polar de la molécula de amoniaco (hidruro de nitrógeno: NH 3 ).
La tabla 6 muestra un ejemplo del procedimiento para la formación de un enlace covalente no polar, partiendo de la molécula del Flúor gaseoso.
Enlace covalente coordinado. Consiste en la unión de dos átomos por un par de electrones que es cedido por un solo átomo, a éste se le denomina donador ya quien lo recibe receptor. En la estructura simplificada se representa con una flecha que apunta del donador al receptor (Whitten et al., 2008). Ver tabla 7.
Enlace metálico. Este tipo de enlace presente en los metales se origina por la deslocalización de los electrones y por el movimiento libre que tienen a través de toda la estructura (mar de electrones). Esta deslocalización de origen a las propiedades comunes de los metales como la maleabilidad, ductilidad, brillo y conducción del calor y la electricidad (Whitten et al., 2008). Ver figura 5.
En la actualidad la mecánica cuántica propone nuevos modelos como la teoría de bandas (de conducción y de valencia) para explicar este enlace.
A continuación, te invito a ver este video:
En el siguiente enlace encontrarás un material interactivo que ayudará a reafirmar tus conocimientos: Polaridad de la Molécula
Conclusión
En resumen:
- El químico enlace juega un papel fundamental en las propiedades de los compuestos.
Las palabras clave en el enlace químico es la acción que realizan los electrones:
- En el iónico se transfieren.
- En el modelo covalente se comparten y
- En el metálico se mueven libremente.
- Electrones de valencia. Es el total de electrones que se encuentran en la capa más externa al núcleo atómico. Se obtienen de la configuración electrónica.
- Estructura de Lewis. Es la representación de los electrones de valencia de un elemento alrededor de su símbolo, organizados en pares en las posiciones: norte, sur, este y oeste, dependiendo de la cantidad presente de dichos electrones.
- Enlace covalente polar y no polar. En estos tipos de enlace, además de compartir el par de electrones indispensable, existe otro factor determinante para que se origine la unión y sea un enlace covalente polar o uno no polar. Este factor es el momento molecular dipolar.
- La polaridad de un enlace químico puede originar que al interior de una molécula se formen dipolos eléctricos. Los cuales son arreglos por los que las cargas se reordenan y ofrecen a separarse.
Es así como se concluye pues con esta quinta sesión. ¡Felicitaciones por tu esfuerzo y dedicación! No olvides realizar y mandar en tiempo y forma tu tarea, hasta luego.
Fuentes de información
- Chang, R. y Goldsby, KA (2017). Química. CD. de México. McGraw-Hill.
- Kotz, JC, Treichel, PM y Weaver, GC (2005). Química y reactividad química. CD. de México. Thomson Learning.
- Aggle. (7 de junio de 2021). Diagrama público. Obtenido de Enlaces iónicos y fuerzas interatómicas: Enlaces y fuerzas interatómicas