Enlaces Quimicos Y Estado Solido Cristalino Introducción

Enlaces químicos

Estos enlaces químicos son fuerzas intramoleculares, que mantienen a los átomos unidos en las moléculas. En la visión simplista del enlace localizado, el número de electrones que participan en un enlace (o están localizados en un orbital enlazante), es típicamente un número par de dos, cuatro, o seis, respectivamente. Los números pares son comunes porque las moléculas suelen tener estados energéticos más bajos si los electrones están apareados. Teorías de enlace sustancialmente más avanzadas han mostrado que la fuerza de enlace no es siempre un número entero, dependiendo de la distribución de los electrones a cada átomo involucrado en un enlace. Por ejemplo, los átomos de carbono en el benceno están conectados a los vecinos inmediatos con una fuerza aproximada de 1.5, y los dos átomos en el óxido nítrico, NO, están conectados con aproximadamente 2.5. El enlace cuádruple también son bien conocidos. El tipo de enlace fuerte depende de la diferencia en electronegatividad y la distribución de los orbitales electrónicos disponibles a los átomos que se enlazan. A mayor diferencia en electronegatividad, con mayor fuerza será un electrón atraído a un átomo particular involucrado en el enlace, y más propiedades "iónicas" tendrá el enlace ("iónico" significa que los electrones del enlace están compartidos inequitativamente). A menor diferencia de electronegatividad, mayores propiedades covalentes (compartición completa) del enlace.
Los átomos enlazados de esta forma tienen carga eléctrica neutra, por lo que el enlace se puede llamar no polar.
Los enlaces covalentes pueden ser simples cuando se comparte un solo par de electrones, dobles al compartir dos pares de electrones, triples cuando comparten tres tipos de electrones, o cuádruples cuando comparten cuatro tipos de electrones.
Los enlaces covalentes no polares se forman entre átomos iguales, no hay variación en el número de oxidación. Los enlaces covalentes polares se forman con átomos distintos con gran diferencia de electronegatividades. La molécula es eléctricamente neutra, pero no existe simetría entre las cargas eléctricas originando la polaridad, un extremo se caracteriza por ser electropositivo y el otro electronegativo

Enlace químico

Un enlace químico es el proceso químico responsable de las interacciones atractivas entre átomos y moléculas, y que confiere estabilidad a los compuestos químicos diatómicos y poliatómicos. La explicación de tales fuerzas atractivas es un área compleja que está descrita por las leyes del electromagnetismo.
Sin embargo, en la práctica, los químicos suelen apoyarse en la fisicoquímica o en descripciones cualitativas que son menos rigurosas, pero más sencillas en su propia descripción del enlace químico (ver propiedades químicas). En general, el enlace químico fuerte está asociado con la compartición o transferencia de electrones entre los átomos participantes. Las moléculas, cristales, y gases diatómicos -o sea la mayor parte del ambiente físico que nos rodea- está unido por enlaces químicos, que determinan las propiedades físicas y químicas de la materia.
Hay que tener en cuenta que las cargas opuestas se atraen, porque, al estar unidas, adquieren una situación más estable (de menor entalpía) que cuando estaban separados. Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles ya que los electrones que orbitan el núcleo están cargados negativamente, y que los protones en el núcleo lo están positivamente, la configuración más estable del núcleo y los electrones es una en la que los electrones pasan la mayor parte del tiempo entre los núcleos, que en otro lugar del espacio. Estos electrones hacen que los núcleos se atraigan mutuamente.

Clasificación:

Los enlaces químicos se han venido clasificando dentro de tres categorías extremas: covalente, iónico y metálico. Sin embargo, es conveniente indicar que la realidad física resulta más compleja y lo que suele ocurrir es que las sustancias se adaptan preferentemente a alguno de estos tipos extremos de enlace.

Enlace covalente: Se da preferentemente entre no metales, especialmente si sus electronegatividades son altas. En estos casos, los átomos comparten los electrones de enlace en mayor o menor medida. H₂, CH₄, etc.

Enlace iónico: Se da preferentemente entre un metal (electronegatividad baja) y un no metal (electronegatividad alta). en estos casos hay una transferencia de electrones del metal al no metal, para producirse a continuación la atracción electromagnética entre los iones formados. NaCl, KBr, etc.

Enlace metálico: Se da entre átomos metálicos (baja electronegatividad), en la unión participan electrones deslocalizados por la red metálica. Na, Cu, etc.

Estructura de Lewis

La estructura de Lewis, también llamada diagrama de punto, modelo de Lewis o representación de Lewis, es una representación gráfica que muestra los enlaces entre los átomos de una molécula y los pares de electrones solitarios que puedan existir.
Esta representación se usa para saber la cantidad de electrones de valencia de un elemento que interactúan con otros o entre su misma especie, formando enlaces ya sea simples, dobles, o triples y estos se encuentran íntimamente en relación con los enlaces químicos entre las moléculas y su geometría molecular, y la distancia que hay entre cada enlace formado.
Las estructuras de Lewis muestran los diferentes átomos de una determinada molécula usando su símbolo químico y líneas que se trazan entre los átomos que se unen entre sí. En ocasiones, para representar cada enlace, se usan pares de puntos en vez de líneas. Los electrones desapartados (los que no participan en los enlaces) se representan mediante una línea o con un par de puntos, y se colocan alrededor de los átomos a los que pertenece.
Este modelo fue propuesto por Gilbert N. Lewis quien lo introdujo por primera vez en 1916 en su artículo La molécula y el átomo.

La regla del octeto

La regla del octeto, establece que los átomos se enlazan unos a otros en el intento de completar su capa de valencia (última capa de la electrosfera). La denominación “regla del octeto” surgió en razón de la cantidad establecida de electrones para la estabilidad de un elemento, o sea, el átomo queda estable cuando presenta en su capa de valencia 8 electrones. Para alcanzar tal estabilidad sugerida por la regla del octeto, cada elemento precisa ganar o perder (compartir) electrones en los enlaces químicos, de esa forma ellos adquieren ocho electrones en la capa de valencia. Veamos que los átomos de oxígeno se enlazan para alcanzar la estabilidad sugerida por la regla del octeto. La justificativa para esta regla es que las moléculas o iones, tienden a ser más estables cuando la capa de electrones externa de cada uno de sus átomos está llena con ocho electrones (configuración de un gas noble). Es por ello que los elementos tienden siempre a formar enlaces en la búsqueda de tal estabilidad.
Los átomos son más estables cuando consiguen ocho electrones en la capa de su estado de óxido, sean pares solitarios o compartidos mediante enlaces covalentes. Considerando que cada enlace covalente simple aporta dos electrones a cada átomo de la unión, al dibujar un diagrama o estructura de Lewis, hay que evitar asignar más de ocho electrones a cada átomo.
Sin embargo, hay algunas excepciones. Por ejemplo, el hidrógeno tiene un sólo orbital en su capa de valencia, la cual puede aceptar como máximo dos electrones; por eso, solo puede compartir su orbital con sólo un átomo formando un sólo enlace. Por otra parte, los átomos no metálicos a partir del tercer período pueden formar "octetos expandidos" es decir, pueden contener más que ocho orbitales en su capa de valencia, por lo general colocando los orbitales extra en subniveles. algunos átomos chocan provocando la variación de sustancias puras e impuras

ENLACE  IONICO

En Química la definimos como un enlace iónico es la unión de átomos que resulta de la presencia de atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro fuertemente electronegativo (alta afinidad electrónica). Eso se da cuando en el enlace, uno de los átomos capta electrones del otro.

Dado que los elementos implicados tienen elevadas diferencias de electronegatividad, este enlace suele darse entre un compuesto metálico y uno no metálico. Se produce una transferencia electrónica total de un átomo a otro formándose iones de diferente signo. El metal dona uno o más electrones formando iones con carga positiva o cationes con una configuración electrónica estable. Estos electrones luego ingresan en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anión, que también tiene configuración electrónica estable. Son estables pues ambos, según la regla del octeto o por la estructura de Lewis adquieren 8 electrones en su capa más exterior(capa de valencia), aunque ésto no es del todo cierto ya que contamos con dos excepciones, la del Hidrógeno (H) que se rodea tan sólo de 1 electrón y el Boro (B) que se rodea de seis. La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un compuesto.

Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos a polares como el benceno.

Se denomina enlace iónico al enlace químico de dos o más átomos cuando éstos tienen una diferencia de electronegatividad de ΔEN = 2 o mayor. Este tipo de enlace fue propuesto por Walther Kossel en 1916.

En una unión de dos átomos por enlace iónico, un electrón abandona el átomo mas electropositivo y pasa a formar parte de la nube electrónica del más electronegativo. El cloruro de sodio (la sal común) es un ejemplo de enlace iónico: en él se combinan sodio y cloro, perdiendo el primero un electrón que es capturado por el segundo:

NaCl → Na⁺Cl^-

De esta manera forman dos iones de carga contraria: un catión (de carga positiva) y un anión (de carga negativa). La diferencia entre las cargas de los iones provoca entonces una fuerza de interacción electromagnética entre los átomos que los mantiene unidos. El enlace iónico es la unión en la que los elementos involucrados aceptarán o perderán electrones.

En una solución, los enlaces iónicos pueden romperse y se considera entonces que los iones están disociados. Es por eso que una solución fisiológica de cloruro de sodio y agua se marca como: Na⁺ + Cl^-, mientras que los cristales de cloruro de sodio se marcan: Na⁺Cl^-  o simplemente NaCl.

Algunas características de este tipo de enlace son:

§  Ruptura de núcleo masivo.

§  Son sólidos de estructura cristalina en el sistema cúbico.

§  Altos puntos de fusión (entre 300 °C o 1000 °C)² y ebullición.

§  Son enlaces resultantes de la interacción entre los metales de los grupos I y II y los no metales de los grupos VI y VII.

§  Son solubles en agua y otras disoluciones acuosas.

§  Una vez en solución acuosa, son excelentes conductores de electricidad.

§  En estado sólido no conducen la electricidad. Si utilizamos un bloque de sal como parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionará. Así tampoco funcionará una bombilla si utilizamos como parte de un circuito un cubo de agua, pero si disolvemos sal en abundancia en dicho cubo, la bombilla del circuito se encenderá. Esto se debe a que los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su signo) de la pila del circuito y por ello éste funciona.

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IONICOS

Un compuesto iónico es un compuesto químico formado por dos sustancias con una diferencia significativa en sus electronegatividades.

Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos no polares como el benceno.

Los compuestos iónicos presentan las siguientes propiedades físicas:

• Son sólidos con elevados puntos de fusión.
• Son solubles en disolventes polares (agua). Sin embargo, presentan baja solubilidad en disolventes apolares.
• Fundidos y en disolución acuosa conducen la corriente eléctrica.
• Se obtienen a partir de elementos con distinta electronegatividad (metal y no metal)

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IONICOS

a) Puntos de fusión y ebullición elevados

b) Sólidos duros y quebradizos

c) Baja conductividad eléctrica y térmica al estado sólido

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS IÓNICAS:

•Las sustancias iónicas se encuentran en la naturaleza formando redes cristalinas, por tanto son sólidas.

•Su dureza es bastante grande, y tienen por lo tanto puntos de fusión y ebullición altos.

•Son solubles en disolventes polares como el agua.

•Cuando se tratan de sustancias disueltas tienen una conductividad alta

                  

Un ion es un átomo que a perdido o ganado un electrón, para poder cumplir la regla del octeto y estabilizarse. Si el átomo pierde electrones, entonces su carga es positiva, ya que tendría más protones que electrones, y se llamara catión. Si el átomo gana electrones, entonces su carga será positiva (ya que tendrá más electrones que protones) y se llamará anión.

Ejemplo:    [H] = 1s¹

                    [H-] = 1s²

                 [H+] = 1s

La regla del octeto es cuando en el último nivel de energía hay ocho (8) electrones. De esta manera su configuracion electronica será isoelectronica a la de algún gas noble. (Isoelectronica = que tiene la misma configuracion electronica que otro elemento.) Los elementos pierden o ganan electrones para poder parecerse a los gases nobles y ser estables. Mientras más estable es un elemento, menos volátil es y por lo tanto, es más fácil trabajar con él y unirlo con otros elementos.

                                                    

Ejemplo:   [Na] = 1s² 2s² 2p6 3s¹

[Na+] = 1s² 2s² 2p6

Al unirse dos iones se forman lo que llamamos compuestos iónicos. Estos son formados por uno o más cationes y aniones, dependiendo el caso para estabilizar la molécula. Existen, tambien los que llamamos compuestos iónicos binarios, que son los que se componen de un anión de un elemento y el catión de otro elemento.

Ejemplo:  Sodio y Cloro

Na +     Cl-

NaCl

Al tener la misma carga, pero opuesta el compuesto se estabiliza. Si uno de los elementos tuviera mas carga que su opuesto, entonces se le añade otra especie al elemento.

Ejemplo:   litio y oxígeno

Li +      O² -

Li +

Li2O

Los compuestos iónicos comparten muchas caractéristicas en común:

• Los enlaces iónicos se forman entre metales y no metales.
• Al nombrar compuestos iónicos simples, el metal siempre viene primero, el no metal segundo (por ejemplo, el cloruro de sodio).
• Los compuestos iónicos se disuelven facilmente en el agua y otros solventes polares.
• En una solución, los compuestos iónicos fácilmente conducen electricidad.
• Los compuestos iónicos tienden a formar sólidos cristalinos con temperaturas muy altas.

Esta última característica es un resultado de las fuerzas intermoleculares (fuerzas entre las moléculas) en los sólidos iónicos. Si consideramos un cristal sólido de cloruro de sodio, el sólido está hecho de muchos iones de sodio cargados positivamente (dibujados a debajo como pequeñas esferas grises) y un número igual de iones de cloro cargados negativamente (esferas verdes). Debido a la interacción de los iones cargados, los iones de sodio y de cloro están organizados alternadamente como demuestra el esquema a la derecha. Cada ión de sodio es atraído igualmente por todos sus iones de cloro vecinos, y de la misma manera por la atracción del cloruro de sodio. El concepto de una sola molécula no aplica a cristales iónicos porque el sólido existe como un sistema continuo. Sólidos iónicos forman cristales con altos puntos de fusion debido a las a las grandes fuerzas entre dos iones vecinos.

Na+ + Cl-	Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1 Cl-1 Na+1
Cristal de Cloruro de Sodio	Esquema de Cristal NaCl

Enlace iónico:

Se da entre átomos con energías de ionización y afinidades electrónicas muy diferentes. Esto permite que un átomo de una pareja transfiera uno ó más electrones a su compañero. A partir de la configuración electrónica se puede deducir la capacidad para ceder ó aceptar electrones.
Así, un metal alcalino puede ceder un electrón y transformarse en un catión con un gasto de energía igual a la energía de ionización.
Pero un halógeno puede captar un electrón transformándose en un anión y cediendo una energía igual a su afinidad electrónica.

QUIMICA EQUIPO 3

ANABEL SUAZO MUÑOZ

JOSE FERNANDO MARTINEZ AGUILERA

EDUARDO MARTAGON

JAVIER ANTONIO SALINAS COBARRUBIAS

JUAN EMMANUEL IPARREA RODRIGUEZ