ENLACE QUIMICO

Objetivo: Utilizar las configuraciones electrónicas y la tabla periódica para predecir que tipo de enlaces formaran los átomos y que tan estable serán los productos.

TIPOS DE UNIONES

Los átomos se combinan entre si para formar: Moléculas covalentes (polares y no polares) Redes covalentes Iónicas, Metálicas;

El tipo de unión y el número de uniones se relacionan con la estructura de los átomos.

¿Podemos encontrar un criterio para determinar el tipo de unión para que nos ayude a predecir y correlacionar las propiedades de algunas sustancias?

Por ejemplo, sabiendo que los átomos de carbono y oxígeno forman uniones covalentes que dan lugar a moléculas de CO2 podemos predecir algunas de las propiedades importantes del CO2.

¿A temperatura ambiente será sólido, líquido o gaseoso?

¿A temperatura ambiente será soluble o insoluble en agua?

¿Será un buen o un mal conductor del calor o de la electricidad?.

REGLAS DE APROXIMACIÓN:

1.- Muchos metales se combinan con no metales para dar compuestos iónicos.

Metales pierden ē (cationes)No metales ganan ē (aniones)

Electronegatividad

Predicción: T° amb. sólidos duros, Translucidos Pto. fusión alto Fundido conduce electricidad Mas soluble en agua que en aceite

ALGUNAS PROPIEDADES COMPUESTOS IÓNICOS

2.- Los no metales se combinan con otros no metales para formar sustancias covalentes.

Las electronegatividades altas de los no metales excluye la transferencia de electrones de un átomo a otro durante la combinación química.

En una unión covalente, los átomos comparten pares de electrones formando moléculas.

En principio un átomo de un no-metal puede formar una unión covalente con cada electrón de su capa de valencia (excepto N, O y F).

Así el átomo de carbono con cuatro electrones de valencia y el átomo de hidrógeno con uno, puede formar metano, CH4.

3.- Moléculas pequeñas de sustancias predominantemente covalentes, pueden originarse por reacción entre dos no-metales cualesquiera.

Átomos que contienen entre tres y cinco electrones como el C, Si, B y N, tienen tendencia a formar tres o más uniones covalentes. Si estos átomos se combinan con otros átomos con la misma tendencia es probable que se forme una estructura reticular. ej. Diamante.

Si un átomo capaz de formar tres o mas uniones covalentes se combina con uno que forma solamente una unión, se originan pequeñas moléculas..ej. N2, HCl, NH3

UNIONES COVALENTES

Predicción basada en las reglas 2 y 3:Uniones de un no metal con elementos como

H, F, Cl, I y O (elementos que forman una o dos uniones covalentes), serán:

Sólidos blandos, líquidos o gases a T° amb. Bajo pto. de fusión Más solubles en aceite que en agua No conductores de corriente en estado fundido

No metales con alta proporción C, B, Si, P, serán:

Sólidos con pto. de fusión alto Gran dureza Muy baja solubilidad.

4.- Los metales se combinan con otros metales para dar estructuras predominantemente metálicas.

Comparten ē de valencia entre varios átomos adquiriendo la estabilidad de un octeto.

Un buen conductor eléctrico y calórico, los ē de valencia deben ser suficientemente móviles y libres para moverse a través de conductores externos.

El brillo metálico se asocia con los ē móviles.

Predicciones:Combinación de elementos metálicos, darán

sustancias con características: Sólidos a T° amb (excepto Hg) Son maleables (laminas) Dúctiles (alambre Alta conductividad eléctrica Alta conductividad calórica Brillo metálico Los metales comerciales son aleaciones:

Dureza Resistencia Características mecánicas

FUERZAS INTERMOLECULARES

La naturaleza de las fuerzas mediante las cuales las moléculas se atraen unas a otras son relativamente débiles comparadas con las fuerzas que unen los átomos y son responsables de algunas propiedades de las sustancias. Generalmente, las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles que las intramoleculares. Así, por ejemplo

Fuerzas Intramoleculares

Fuerzas Intermoleculares

FUERZAS DE VAN DER WAALSSon de rango corto o muy corto, entre ellas se destacan las uniones ion-dipolo; dipolo-dipolo; dipolo-molécula polarizable.Fuerzas de London(dipolo instantáneo-dipolo inducido) Son las fuerzas intermoleculares más débiles que existen, son las responsables de que se pueda licuar los gases nobles y otras moléculas como O2 , N2, etc.

En general, cuanto más grande es el número de electrones en una molécula, más fuertes serán las fuerzas de London (ya que la asimetría momentánea que se genera en la "nube electrónica hace dipolos más grandes”).

Como el número de electrones depende del número de átomos en la molécula y como el tamaño de cada átomo depende del número de protones y electrones que contiene, esperamos que la magnitud de las fuerzas de London varíe con el tamaño atómico y el número de átomos presentes, como lo muestra las tablas a continuación:

FUERZAS INTERMOLECULARES

EFECTO DEL NÚMERO DE ELECTRONES SOBRE EL PUNTO DE EBULLICIÓN DE SUSTANCIAS NO POLARES

# ē P.A P.E °C

# ē PM P.E °C

# ē PM P.E °C

Gases Nobles Halógenos Hidrocarburos

He 2 4 -269 F2 18 38 -188 CH4 10 16 -161

Ne 10 20 -246 Cl2 34 71 -34 C2H6 18 30 -88

Ar 18 40 -186 Br2 70 160 59 C3H8 126 44 -42

Se ve que los puntos de ebullición y, por lo tanto, las fuerzas de van der Waals, aumentan con el número total de átomos en la molécula.

FUERZAS DIPOLARES

Los dipolos se atraen entre sí cuando el extremo positivo (o negativo) de una molécula está orientado hacia el extremo negativo (o positivo) de la molécula vecina.

Atracción dipolo-dipolo (líneas punteadas) entre moléculas de BrCl

EN PRINCIPIO, CUALQUIER MOLÉCULA QUE CONTIENE ÁTOMOS DE DOS O MÁS ELEMENTOS DE ELECTRONEGATIVIDAD DIFERENTE Y, POR LO TANTO, CONTENIENDO ENLACES POLARES, PUEDE SER UN DIPOLO. HAY CASOS ESPECIALES EN LOS CUALES LA SIMETRÍA DE LA MOLÉCULA CONDUCE A QUE DOS UNIONES DIPOLARES SE BALANCEEN EXACTAMENTE; EN ESTOS CASOS, LA MOLÉCULA NO ES POLAR AUNQUE CONTENGA UNIONES POLARES.

Ejemplos de moléculas que poseen fuerzas dipolares relativamente grandes son: H2O, HF, HCl, H2S y NH3.

PUENTES DE HIDROGENO

Es una interacción dipolo-dipolo entre átomos de hidrógeno unidos a otros átomos de electronegatividadalta como flúor, oxígeno y nitrógeno.

Estos compuestos generalmente tienen puntos de fusión, ebullición y calores de fusión y vaporización considerablemente mayores.

La energía media de un enlace de hidrógeno es bastante grande para ser una interacción dipolo-dipolo (mayor de 40 KJ/mol), lo cual influye en las propiedades delcompuesto.

PUENTES DE HIDROGENO

Los compuestos de hidrógeno de elementos vecino al oxígeno y de los miembros de su familia en la tabla periódica, son gases a la temperatura ambiente: CH4, NH3, H2S, H2Te, PH3, HCl. En cambio, el H2O es líquida a la temperatura ambiente, lo que indica un alto grado de atracción intermolecular.

Los puentes de hidrógeno juegan también un papel crucial en la estructura del ADN, la molécula que almacena la herencia genética de todos los seres vivos.

Son responsables de la forma geométrica y de la estabilidad de ciertas estructuras químicas.

Esta regla implica que las fuerzas atractivas entre moléculas pequeñas son muy débiles. Sin embargo, cuando prevalecen las uniones hidrógeno, las fuerzas atractivas pueden ser lo suficientemente fuertes como para que éstas sustancias sean líquidas en condiciones ambientales (el H2O como ejemplo clásico).

De todas las sustancias que consisten en moléculas di y triatómicas de los primeros 17 elementos, solo agua y el inestable dicloruro de azufre (SCl2) son líquidos a temperatura ambiente.

5.- Las sustancias que consisten en moléculas di y triatómicas, compuestas por átomos de no metales cuyos números atómicos van del 1 al 10 son gases en condiciones ambientales, a menos que prevalezcan las uniones hidrógeno.

6.- LA MAYORÍA DE LAS SUSTANCIAS CUYAS MOLÉCULAS CONTIENEN 8 O MÁS ÁTOMOS SERÁN SÓLIDAS EN CONDICIONES NORMALES A MENOS QUE ESTÉ PRESENTE UN NÚMERO APRECIABLE DE UNIONES NO-POLARES CON ÁTOMOS DE HIDRÓGENO.

Cuando hay átomos de H unidos a átomos de O, N o F, las uniones se vuelven muy polares y ejercen fuerzas atractivas relativamente fuertes (unión por puente de hidrógeno).

Sin embargo cuando los átomos de H están unidos a átomos de C, las uniones son no-polares y los átomos sólo pueden ejercer fuerzas de van der Waals muy débiles.

PREDICCIÓN DE LA SOLUBILIDAD PARA SUSTANCIAS MOLECULARES (MOLÉCULAS PEQUEÑAS)

Los solventes se dividen en general en dos clases: polares y no polares.

Los aceites (usualmente compuestos por hidrocarburos) son no polares, y ejercen sólo fuerzas de van der Waals.

El agua es un típico solvente polar, además de fuerzas de van der Waals, forma uniones hidrógeno.

La regla fundamental para predecir la solubilidad es: IGUAL DISUELVE A IGUAL

O sea, que sustancias no polares se disuelven en solventes no polares y sustancias polares en

solventes polares.

SOLUBILIDAD

SÍNTESIS

Hemos visto que las sustancias pueden clasificarse según el tipo y número de uniones formadas entre los átomos presentes en: iónicas, metálicas, moleculares, covalentes y redes covalentes.

Aprendimos que las sustancias de cada clase tienen propiedades similares y que en muchos casos podemos predecir a partir de la fórmula, la clase y propiedades de una sustancia.

Compuestos de metales con no metales, en general, serán sólidos de alto punto de fusión.

Compuestos de no metales serán sustancias covalentes moleculares (moléculas pequeñas) y

tendrán bajo punto de fusión, a menos que contengan gran porcentaje de carbono, silicio,

boro, nitrógeno o fósforo, en cuyo caso es muy probable que tengan estructuras en red de

muy alto punto de fusión. Las sustancias que contienen sólo metales tendrán muchas

de las propiedades asociadas con

metales. Las sustancias cuyas moléculas consisten en dos, tres, o en

algunos casos cuatro átomos

serán por lo general gases o líquidos de bajo punto de ebullición, a menos que predominen

fuerzas debidas a la unión hidrógeno.

Aquellas sustancias que contienen ocho o más átomos serán generalmente sólidos, a menosque tengan un número relativamente alto de uniones no polares en cuyo caso serán líquidos ogases.

Estas predicciones se basan en la existencia de las fuerzas atractivas intermoleculares:fuerzas de van der Waals y puente de hidrógeno.

Algunos compuestos iónicos y aquellas sustancias covalentes que poseen fuerzas atractivasapreciables son en general solubles en agua.

Las sustancias covalentes moleculares que no poseen fuerzas atractivas dipolares o que sondébiles, son en general solubles en solventes no polares tales como los aceites.