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Enlace El concepto de enlace químico es complicado de explicar ya que existen diversas situaciones en las que planteamos la presencia de un enlace químico entre átomos. Existen varias definiciones para el enlace químico en donde se utilizan los conceptos “fuerzas de atracción”, traslape de orbitales, compartición o donación de electrones o densidad electrónica, distancia entre núcleos atómicos, etcétera, pero todas ellas tienen en común que la energía del sistema resultante (átomos enlazados) en comparación con la energía de los átomos individuales será menor. Por lo que tal vez sería adecuado definir el enlace químico como la interacción que se da entre átomos que resulta en una disminución de la energía. Una forma de explicar la disminución de la energía cuando los átomos se unen es a través de la redistribución de la densidad electrónica o electrones de cada átomo cuando se forma el nuevo sistema. Para poder entender el enlace químico es común recurrir a una clasificación generalizada de los mecanismos mediante los cuales se redistribuye la densidad electrónica o los electrones en los átomos que se van a unir. Esta clasificación establece la existencia del enlace metálico, del enlace iónico y del enlace covalente. 1

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EnlaceEl concepto de enlace químico es complicado de explicar ya que existen diversassituaciones en las que planteamos la presencia de un enlace químico entreátomos.

Existen varias definiciones para el enlace químico en donde se utilizan losconceptos “fuerzas de atracción”, traslape de orbitales, compartición o donaciónde electrones o densidad electrónica, distancia entre núcleos atómicos, etcétera,pero todas ellas tienen en común que la energía del sistema resultante (átomosenlazados) en comparación con la energía de los átomos individuales será menor.

Por lo que tal vez sería adecuado definir el enlace químico como la interacciónPor lo que tal vez sería adecuado definir el enlace químico como la interacciónque se da entre átomos que resulta en una disminución de la energía.

Una forma de explicar la disminución de la energía cuando los átomos se unenes a través de la redistribución de la densidad electrónica o electrones de cadaátomo cuando se forma el nuevo sistema.

Para poder entender el enlace químico es común recurrir a una clasificacióngeneralizada de los mecanismos mediante los cuales se redistribuye la densidadelectrónica o los electrones en los átomos que se van a unir. Esta clasificaciónestablece la existencia del enlace metálico, del enlace iónico y del enlacecovalente.

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EnlacePara establecer que tipo de enlace químico existe entre átomos unidos es comúnrecurrir a las propiedades macroscópicas del sistema estudiado. Sin embargo, esimportante mencionar que las propiedades macroscópicas de un sistema no sólodependen del tipo de enlace sino también de la forma en la que los átomos seagrupan espacialmente, las interacciones intermoleculares y algunos otrosparámetros fisicoquímicos, por lo que únicamente representan una guía paraclasificar el tipo de enlace químico.

A continuación se mencionan algunas propiedades macroscópicas “típicas” queestán asociadas con cada clasificación de enlace químico:

Enlace metálico.• Sólidos con alta conductividad térmica y eléctrica, los cuales tienen brillo,son maleables y dúctiles.

Enlace iónico.• Sólidos quebradizos y frágiles que son malos conductores eléctricos perocuando se funden tienen alta conductividad eléctrica.

Enlace covalente.• Independientemente del estado de agregación son malos conductorestérmicos y eléctricos.

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Enlace metálicoEn términos de los constructos que empleamos para entender las diferenciasentre los tipos de enlace químico, podemos mencionar:

Enlace metálico.• Modelo del mar de electrones.• Teoría de bandas.

Enlace iónico.• Interacciones electrostáticas en conjunto con las propiedades periódicasenergía de ionización y afinidad electrónica.

Enlace covalente.• Teoría de orbitales moleculares.• Modelo del par de electrones.

Debe tenerse en mente que entre átomos unidos no existe únicamente “un tipode enlace” descrito por uno de los constructos anteriormente mencionados; esdecir, existen varias contribuciones que explican la unión de átomos, por lo quesería una equivocación plantear que entre átomos existe puramente “enlaceiónico” o “enlace covalente” o “enlace metálico”; sin embargo, cuando asociamosun tipo de enlace a un sistema es porque la contribución de este es mayoritaria.

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A continuación, discutiremos brevemente cada uno de los constructos de enlacepreviamente mencionados, pero es importante mencionar que, en el caso delenlace covalente, la descripción que haremos en esta presentación de la teoría deorbitales moleculares y el modelo par de electrones será superficial y general yaque en las siguientes clases se profundizará en los detalles propios de cada unode estos constructos.

MODELO DEL MAR DE ELECTRONES

En este modelo se plantea que los átomos están próximos y ordenados en todaslas direcciones del espacio tridimensional formando un arreglo de “iones

Enlace metálico

las direcciones del espacio tridimensional formando un arreglo de “ionespositivos” que están inmersos en un “mar de electrones”.

Cada uno de los “iones positivos” que forman el sólido es un núcleo atómico enconjunto con los electrones internos del átomo mientras que el “mar deelectrones” es generado por los electrones más externos del átomo, haciendo queestos ya no estén asociados con un núcleo en particular; es decir, ahorapertenecen a todo el sólido metálico. Para tener una representación que nospermita entender el modelo de mar de electrones recurriremos a los siguientes“componentes” de un átomo:

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Ze Núcleo atómico

Electrones internos

Electrones externos

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Los tres componentes construidos anteriormente están presentes en un átomoaislado pero cuando se agrupan los átomos para formar el sólido metálico, elcomponente “electrones externos” forma el mar de electrones.

Ze

Átomo aislado

Ze Ze

Ze Ze

Ze Ze

Ze Ze

Sólido metálico

Enlace metálico

En esta representación suponemos que tanto los núcleos como los electronesinternos no son “móviles”, definiendo la estructura del sólido metálico mientrasque los electrones externos son libres de moverse por toda la estructura.

Una forma de “cuantificar” la disminución de la energía en este modelo esrecurriendo al análisis discutido en clase para “pozo cúbico de potencial nulo”.

Supongamos que el átomo aislado tiene un electrón externo, el cual estará en unpozo cúbico de potencial nulo, por lo que su energía está dada por:

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Sólido metálico

𝐸 =ℎ 2

8 𝑚 𝐿2 𝑛𝑥2 + 𝑛𝑦

2 + 𝑛𝑧2

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Como el átomo aislado tiene un electrón externo, entonces, el valor de su energíaasociada será:

Si suponemos que nuestro sólido metálico estará compuesto por ocho átomospodemos comparar la energía asociada a la agrupación estos átomos conrespecto a la energía asociada de tenerlos aislados.

𝐸 =3 ℎ 2

8 𝑚 𝐿2

E

1,1,1

Enlace metálico

La energía de los átomos aislados sería igual a ocho veces la energía de un soloátomo, es decir:

Pero si los átomos se agrupan, entonces, el nuevo pozo generado tendríadimensiones de 2L, formándose un nuevo cubo en donde estarían los ochoelectrones. Al construir el diagrama de energía y distribuir los ocho electronesencontraríamos que se tiene dos electrones en el nivel energético quecorresponde con el estado proporcional 3 y seis electrones en el nivel energéticoque corresponde con el estado proporcional a 6, el cual sería triplementedegenerado.

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𝐸 = 83 ℎ2

8 𝑚 𝐿2 =24 ℎ 2

8 𝑚 𝐿2

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Si ahora sumamos todas las contribuciones energéticas del sistema, tendremos:

𝐸 =6 ℎ 2

8 𝑚 (2𝐿)2 =6

4

ℎ2

8 𝑚 𝐿2 E

1,1,1

2,1,1 1,2,1 1,1,2

𝐸 =3 ℎ 2

8 𝑚 (2𝐿)2 =3

4

ℎ2

8 𝑚 𝐿2

𝐸 = 23

4

ℎ2

8 𝑚 𝐿2 + 66

4

ℎ2

8 𝑚 𝐿2 =21

2

ℎ2

8 𝑚 𝐿2

Enlace metálico

Como puede observarse la energía asociada a tener ocho electrones “agrupadosen un solo pozo” es aproximadamente dos veces menor que la energía asociadacon tener a los electrones en pozos independientes.

Dada la aproximación anterior, podemos concluir que los átomos que tienenelectrones con una fuerza eléctrica “pequeña” debido al valor en su carga nuclearefectiva, preferirán agruparse para minimizar la energía del sistema.

Recuerda: la carga nuclear efectiva que experimenta el último electrón de unátomo es menor en los átomos de transición, así como en los átomos del ladoizquierdo en la tabla periódica, por lo cual, estos elementos tienden a formarsólidos metálicos entre ellos.

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𝐸 = 24 8 𝑚 𝐿2 + 6

4 8 𝑚 𝐿2 =2 8 𝑚 𝐿2

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TEORÍA DE BANDAS

La teoría de bandas es una teoría que es más general que el modelo de mar deelectrones y sirve para explicar además de los fenómenos eléctricos asociados elcomportamiento metálico los comportamientos aislantes y semiconductores.

En un átomo aislado la energía de los orbitales ocupados por electronesdependerá entre otros factores del campo eléctrico que genera el núcleo en laregión del espacio en donde situaremos al último electrón, pero cuando losátomos se agrupan para formar el sólido metálico, entonces, las perturbacionesdel campo eléctrico que generan los demás núcleos sobre un electrón en

Enlace metálico

del campo eléctrico que generan los demás núcleos sobre un electrón enparticular ocasionarán que las energías de los orbitales se modifiquen.

Uno de los principios fundamentales al trabajar con funciones de onda uorbitales es que cuando estos se combinan se generará un número igual defunciones de onda al número de funciones que se combinaron; es decir, si secombinan N funciones de onda se obtendrán N nuevas funciones de onda. Esteprincipio se retomará en la clase siguiente cuando combinemos orbitalesatómicos (funciones de onda) para formar orbitales moleculares (“nuevas”funciones de ondas).

Por el momento analizaremos, de forma muy sencilla, la combinación deorbitales tipo “s” para formar bandas de energía.

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Supongamos que tenemos un átomo aislado cuya configuración electrónicatermina en un orbital ns. Como es sabido, a este orbital se le puede asociar unafunción de onda angular que es esférica cuyo “radio” coincide con la región demáxima probabilidad en la función de distribución radial.

Si ahora aproximamos espacialmente dos de estos átomos, las funciones de ondaempezarán a coexistir en la misma región del espacio por lo que podemos

Enlace metálico

empezarán a coexistir en la misma región del espacio por lo que podemosplantear un traslape o solapamiento de funciones.

Si pensamos en términos energéticos, en un inicio teníamos dos orbitales quetenían la misma energía, orbitales de los átomos aislados, pero cuando estos seaproximaron para ser combinados, entonces, se obtendrán dos nuevas funcionesde onda que tienen una ligera diferencia de energía.

NOTA: Este análisis de energía se profundizará la siguiente clase cuando seestudie con detalle la teoría de orbitales moleculares. 9

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Si ahora aproximamos N átomos tendremos como resultado la formación de Nnuevas funciones en donde la separación de los niveles energéticos cada vez serámenos apreciable, formándose “bandas de energía”

El diagrama de energía que representa dichas situaciones sería:

E

Enlace metálico

La diferencia entre las dos bandas, más allá del valor de energía, es que la bandade valencia se encuentra ocupada por los electrones de los átomos queconforman el sistema mientras que la banda de conducción se mantiene vacía.

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E

ns

Un átomo Dos átomos Tres átomos Cuatro átomos … N átomos “número de átomos”

Banda de conducción

Banda de valencia

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En el diagrama de energía que representa la formación de las bandas existe unaregión entre ellas en la que no existe una función de onda que pueda serocupada, la cual se denomina banda prohibida y el intervalo de energía en el queesta banda existe se conoce como “bandgap” o “brecha energética”.

El valor de la brecha energética es un parámetro que empleamos paradeterminar cuando un material presentará comportamiento eléctrico tipoaislante o semiconductor. Si la brecha energética es cercana o mayor a los 6.0 eVdecimos que tenemos un aislante, pero si es menor a este valor será unsemiconductor. El comportamiento metálico está caracterizado por la ausenciade esta banda, es decir, la “banda de conducción” y la “banda de valencia” se

Enlace metálico

de esta banda, es decir, la “banda de conducción” y la “banda de valencia” seencuentran traslapadas.

El hecho de que las “bandas” se encuentren traslapadas en un material metáliconos permite entender la propiedad macroscópica de alta conductividad eléctrica.

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Banda de conducción

Banda de valencia

Semiconductor o aislante Conductor

E E

Brecha energética

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En el caso del enlace iónico este está definido por la interacción presente entreátomos que tienen carga eléctrica neta diferente de cero, es decir, la interacciónentre cationes y aniones que forman un sólido iónico.

Cabe mencionar que sería incorrecto asociar un enlace iónico para dos especiesiónicas ya que este tipo de enlace es multidireccional y se da entre varios iones.

Para plantear la existencia del enlace iónico podemos establecer que los átomosson inicialmente neutros y cuando se aproximan existirá una transferencia decarga eléctrica de una especie a otra, es decir, una especie se oxida formando loscationes y la otra especie se reduce formando los aniones.

Enlace iónico

cationes y la otra especie se reduce formando los aniones.

Una forma de cuantificar que el proceso anterior sucede requiere, además de losconceptos energía de ionización y afinidad electrónica, del concepto energíapotencial electrostática que se deriva de la ley de Coulomb o de la ley de Gausspara sistemas esféricos.

El concepto de energía potencial eléctrica que emplearemos en estos cálculosrequiere de considerar un arreglo configuracional entre iones, es decir, es laenergía potencial eléctrica con respecto al infinito que viene dada por:

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𝑈 = ∑𝑘 𝑄𝑖𝑄𝑗

𝑟𝑖𝑗

En donde k es la constante de Coulomb (9.0x109 Nm2/C2), Qi

y Qj son la carga eléctrica de los iones y rij la distancia deseparación entre iones.

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Para determinar, en una primera aproximación, cuándo es posible plantear laexistencia del enlace iónico realizaremos una suma de las contribucionesenergéticas que suceden en el proceso:

A (g) + B(g) → A+B–(g)

En donde la especie A y la especie B son neutras y están separadas unadistancia infinita pero cuando se aproximan se genera la especie A+B–, con Acomo catión y B como anión, las cuales estarán a una distancia definida r.

Cabe mencionar que el proceso descrito anteriormente se encuentra en estado

Enlace iónico

Cabe mencionar que el proceso descrito anteriormente se encuentra en estadogaseoso, es decir, se analizan átomos neutros independientes que formarán unagregado de “dos especies iónicas”. Esto parecería contradecir el hecho de que elenlace iónico no se establece para dos especies iónicas ya que este tipo de enlacees multidireccional y se da entre varios iones, pero la corrección a estaaproximación se dará más adelante cuando se justifique por qué los sistemascon enlace iónico forman sólidos.

Retomando el proceso descrito anteriormente, podemos observar que el átomo Aformará el catión A+ y este proceso es conocido como energía de ionizaciónmientras que el átomo B forma el anión B- lo cual coincide con el procesocontrario a nuestra definición de afinidad electrónica.

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Dado lo anterior, para obtener la energía del proceso planteado requerimos desumar tres procesos energéticos diferentes:

A (g) → A+ (g) “energía de ionización de A, EIA”

B (g) → B– (g) “inverso de la afinidad electrónica de B, –AEB”

A+ (g) + B– (g) → A+B–(g) “energía potencial electrostática para el par A+B–, U”

A (g) + B(g) → A+B–(g) E = EIA –AEB + U

En donde si la energía total es negativa podemos plantear que el sistema será

Enlace iónico

En donde si la energía total es negativa podemos plantear que el sistema seráiónico.

Ejercicio 1

Considera los sistemas KH e AuH en donde los átomos están separados 1.9 Ǻ, ydetermina si es posible plantear un enlace iónico en cada sistema. Emplea lossiguientes valores que están en kJ/mol, EI: 418 (K) y 890 (Au), AE: 73 (H).

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En el primer sistema se tiene KH, por lo que el proceso será:

K (g) + H(g) → K+H–(g) E = EIK –AEH + U.

Para poder resolver el ejercicio es necesario calcular la energía potencial eléctricaasociada al par K+H– que se encuentra a una distancia de 1.9 Ǻ:

Para poder realizar la suma con la EI y la –AE, es necesario convertir el valor dela energía potencial eléctrica a kJ/mol, por lo que, U = –730 kJ/mol.

Enlace iónico

𝑈 =𝑘 𝑄𝐾 𝑄𝐻

𝑟𝐾𝐻=

(9𝑥109)(1.6𝑥10−19 )(−1.6𝑥10−19)

1.9𝑥10−10 = −1.21𝑥10−18 J

Finalmente, realizando la suma de las contribuciones energéticas se tendrá:

E = EIK –AEH + U = 418 –73 – 730 = – 385 kJ/mol.

Si se repite el procedimiento para el sistema AuH, en donde el proceso es:

Au (g) + H(g) → Au+H–(g) E = EIAu –AEH + U.

Como los iones están a la misma distancia que el caso anterior, la energíapotencial eléctrica asociada será la misma, por lo tanto:

E = EIAu –AEH + U = 890 –73 – 730 = 87 kJ/mol. 15

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Considerando los resultados anteriores podemos plantear que en el sistema KHexiste un enlace iónico dado que el valor energético del proceso es negativo(–730 kJ/mol) pero en el sistema AuH no podemos suponer la existencia delenlace iónico ya que la energía resultante es positiva (87 kJ/mol).

El análisis anterior es una primera aproximación para plantear la existencia delenlace iónico en un sistema, la cual se deriva en la siguiente generalización:

“El enlace iónico se favorece entre especies con pequeños valores en la energía de ionización y especies con altos valores en la afinidad electrónica”.

Si el texto anterior se conjuga con las propiedades periódicas y la posición de los

Enlace iónico

Si el texto anterior se conjuga con las propiedades periódicas y la posición de loselementos en la tabla periódica, podemos ver que los elementos que tienen lasmenores energías de ionización (efecto de la carga nuclear efectiva y el tamañodel átomo) están a la izquierda de la tabla periódica mientras que los elementosque tienen los valores más altos en la afinidad electrónica están a la derecha dela tabla periódica.

CUIDADO Existe otra generalización: “el enlace iónico se da entre metales y nometales”. Esta generalización no es siempre correcta pues como se acaba decalcular, en donde el oro es “un metal” y el hidrógeno un “no metal” no podemosplantear la existencia de un enlace iónico.

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Ahora bien, para poder entender porque los sistemas que tienen asociadosenlaces iónicos son sólidos, recurriremos a un cálculo rápido basado en laenergía potencial eléctrica.

Consideremos la especie iónica K+Cl–(g), con distancia de separación entre ionesde 2.67Ǻ, cuya energía potencial eléctrica es –519.65 kJ/mol.

La especie K+Cl– está en estado gaseoso, pero queremos justificar por qué sonsólidos así que consideremos que tenemos “dos especies iónicas K+Cl– ” que seordenarán para formar el sólido iónico.

Enlace iónico

Como se tienen “dos especies iónicas” en estado gaseoso, la energía asociada alsistema será el doble de la energía potencial eléctrica de cada especie, es decir,–1039.30 kJ/mol.

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K+ Cl–

Cl– K+

Pero cuando se ordenan, por ejemplo, formando un cuadrado,entonces, existirán seis contribuciones a la energía delsistema: cuatro asociadas a la interacción K+Cl–, unaasociada a la interacción K+K+ y otra asociada a la interacciónCl–Cl–.

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Si recordamos que la energía potencial eléctrica para una configuración decuatro cargas eléctricas se puede calcular con la ecuación:

Entonces somos capaces de obtener la energía potencial eléctrica del sistema:

Enlace iónico

𝑈 = ∑𝑘 𝑄𝑖𝑄𝑗

𝑟𝑖𝑗

𝑈 = ∑𝑘 𝑄𝑖𝑄𝑗

𝑟𝑖𝑗= 4

𝑘 𝑄𝐾 𝑄𝐶𝑙

𝑟𝐾𝐶𝑙+

𝑘 𝑄𝐾 𝑄𝐾

𝑟𝐾𝐾+

𝑘 𝑄𝐶𝑙 𝑄𝐶𝑙

𝑟𝐶𝑙𝐶𝑙

𝑈 = 4(9𝑥109)(1.6𝑥10−19)(−1.6𝑥10−19)

(2.64𝑥10−10)+

(9𝑥109) (1.6𝑥10−19)2

(√2)(2.64𝑥10−10)+

(9𝑥109) (−1.6𝑥10−19)2

(√2)(2.64𝑥10−10)

Para poder comparar esta energía con aquella del sistema “dos especies iónicasK+Cl– ” en estado gaseoso, requerimos convertir el valor anterior a kJ/mol, esdecir, la energía potencial eléctrica del arreglo cuadrado será –1358.98 kJ/mol,la cual es menor que la asociada al estado gaseoso, – 1039.30 kJ/mol, razón porla cual los sistemas que tienen enlaces iónicos son sólidos y no gaseosos.Recuerda que los sistemas tienden al estado de mínima energía.

Cabe mencionar que los procedimientos analizados para el enlace iónico formanparte de un ciclo termodinámico conocido como “ciclo de Born-Haber”.

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𝑈 = 4(9𝑥10 )(1.6𝑥10 )(−1.6𝑥10 )

(2.64𝑥10−10)+

(9𝑥10 ) (1.6𝑥10 )

(√2)(2.64𝑥10−10)+

(9𝑥10 ) (−1.6𝑥10 )

(√2)(2.64𝑥10−10)

𝑈 = −2.26𝑥10−18 J

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Como se mencionó al inicio de la presentación, sería una equivocación plantearque entre átomos existe puramente un enlace iónico ya que cuando se formanlas especies iónicas, a partir de átomos neutros, se generan perturbacioneseléctricas en el espacio que antes no existían.

Pensemos que tenemos un átomo neutro situado en algún punto del espacio.Como la especie es eléctricamente neutra no existirá ninguna perturbación decampo eléctrico en el espacio, pero cuando el átomo pierde un electrón formandoun catión, entonces, se genera una perturbación de campo eléctrico que estádireccionada radialmente en dirección contraria a la posición de la partículapositiva (catión).

Enlace iónico

positiva (catión).

La perturbación que acabamos de generar al formar el catión, producirá quecuando se aproxime una densidad electrónica al espacio perturbado por elcatión, por ejemplo la de un anión, esta se deforme o polarice en dirección alcentro del catión. Recuerda que la “carga eléctrica negativa” se mueve endirección contraria a la dirección del vector campo eléctrico.

Lo anterior puede pensarse de la siguiente forma:

“Un átomo neutro pierde un electrón formando un catión. El catión es deficiente de carga eléctrica negativa por lo que requerirá de ella, así que la atraerá”

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El análisis anterior, polarización de la densidad electrónica de un anión porefecto de un catión, se encuentra resumido en lo que conocemos como las reglasde Fajans, las cuales nos permiten asociar una “covalencia” al enlace iónico.

En este punto es indispensable realizar una diferencia “grotesca” entre el enlaceiónico y el enlace covalente. En el primero, existe una transferencia neta deelectrones (formación de iones) mientras que en el segundo los electrones secomparten entre los átomos.

De esta forma, cuando un catión “recupera” cierta densidad electrónica alpolarizar o deformar la densidad electrónica del anión, la densidad electrónica

Enlace iónico

polarizar o deformar la densidad electrónica del anión, la densidad electrónicapolarizada se estaría “compartiendo” entre las especies iónicas, pareciéndose a lasituación del enlace covalente. Por eso lo referimos como covalencia del enlaceiónico.

Las reglas de Fajans que permiten describir la covalencia del enlace iónico son:

1) Los aniones de gran tamaño o alta carga eléctrica son muy polarizables.

2) Los cationes de pequeño tamaño o alta carga eléctrica son muy polarizantes.

3) Los cationes provenientes de elementos de transición son mas polarizantesque los cationes provenientes de los elementos representativos.

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De las reglas anteriores se puede interpretar que entre mas polarizable sea elanión y más polarizante sea el catión, entonces, mayor será la covalencia delenlace iónico y, por lo tanto, menos iónico será el sistema.

El criterio de covalencia del enlace iónico nos permite entender las variacionesque se presentan en las propiedades macroscópicas de los sistemas iónicos; porejemplo, analicemos la tendencia del punto de fusión de sólidos iónicos en dondepresumimos que entre más iónico es un sistema mayor será su punto de fusión.

• KCl y KI.

En el caso de comparar cloruro de potasio con yoduro de potasio, la diferencia

Enlace iónico

En el caso de comparar cloruro de potasio con yoduro de potasio, la diferenciaradica en el anión ya que el factor polarizante del catión será el mismo en ambossistemas.

Dado que ambos aniones tienen la misma carga eléctrica asociada el efectoestará en el tamaño. Yoduro es un anión más grande que cloruro, entonces, serámás fácil deformar la densidad electrónica de yoduro y, por consiguiente, lacovalencia en el sistema KI será mayor que la del sistema KCl; es decir, KI esmenos iónico que KCl así que el punto de fusión será mayor en KCl.

Punto de fusión: KCl = 776 °C y KI = 681 °C.

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• CaCl2 y MgCl2.

En el caso de comparar cloruro de calcio con cloruro de magnesio, la diferenciaradica en el catión ya que el factor polarizable del anión será el mismo en ambossistemas. Dado que ambos cationes tienen la misma carga eléctrica asociada elefecto estará en el tamaño. Magnesio es un catión menor que calcio, entonces,su carácter polarizante será mayor por lo que deformará con más eficiencia ladensidad electrónica de cloruro y, por consiguiente, la covalencia en el sistemaMgCl2 será mayor que la del sistema CaCl2; es decir, MgCl2 es menos iónico queCaCl2 así que el punto de fusión será mayor en CaCl2.

Punto de fusión: CaCl2 = 772 °C y MgCl2 = 714 °C.

Enlace iónico

Punto de fusión: CaCl2 = 772 °C y MgCl2 = 714 °C.

• AuCl y KCl.

En el caso de comparar cloruro de potasio con cloruro de oro, la diferencia radicaen el catión ya que el factor polarizable del anión será el mismo en ambossistemas. Ambos cationes tienen la misma carga eléctrica y un tamaño cercano,1.5 Ǻ, pero oro es un metal de transición así que será más polarizante quepotasio por lo que deformará con más eficiencia la densidad electrónica decloruro y, por consiguiente, la covalencia en el sistema AuCl será mayor que ladel sistema KCl; es decir, AuCl es menos iónico que KCl así que el punto defusión será mayor en KCl.

Punto de fusión: AuCl = 170 °C y KCl = 776 °C. 22

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En el caso del enlace covalente este está definido por la compartición dedensidad electrónica o electrones que se da exclusivamente entre dos átomos,por lo que este enlace no es multidireccional como el enlace iónico o el enlacemetálico y es el modelo ideal para describir los enlaces en el interior de lasmoléculas o sólidos covalentes.

Es requerido mencionar que la compartición de densidad electrónica o deelectrones debe darse, primordialmente, entre los núcleos atómicos, es decir, enel eje imaginario que corta el centro de los núcleos de los dos átomos a enlazar.Este eje es conocido como eje internuclear y la razón de colocar la densidadelectrónica o los electrones “justo” en el eje internuclear es para evitar la

Enlace covalente

electrónica o los electrones “justo” en el eje internuclear es para evitar larepulsión entre los núcleos atómicos.

Como se mencionó al inicio de esta presentación, analizaremos superficialmentelos constructos para describir el enlace covalente pues la profundización en cadauno de ellos se realizará en las siguientes clases.

En el modelo par de electrones, como su nombre lo dice, se colocan doselectrones entre núcleo y núcleo siguiendo el modelo de estructuras de Lewismientras que en la teoría de orbitales moleculares se coloca densidad electrónicaen las vecindades espaciales de los núcleos. Una diferencia sustancial entreestos dos constructos es que el modelo par de electrones no emplea orbitales ofunciones de onda mientras que la teoría de orbitales moleculares si lo hace.

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Dada la diferencia anterior, podemos decir que la teoría de orbitales moleculareses un mejor constructo que el modelo par de electrones para la descripción delenlace que se da entre dos átomos al interior de una molécula y es cierto. Sinembargo, la teoría de orbitales moleculares resulta un poco más complicada ycompleja que el modelo par de electrones, por lo que este este último constructoes muy requerido por la sencillez que representa y la adquisición de informaciónque se obtiene de modo muy rápido.

Cabe mencionar que el modelo par de electrones requiere de otros constructospara que sea más sólido, útil y eficiente, tales como la teoría unión-valencia y lateoría de repulsión de electrones en la capa de valencia, las cuales se detallarán

Enlace covalente

teoría de repulsión de electrones en la capa de valencia, las cuales se detallaránen algunas clases posteriores.

Como se mencionó previamente, sin importar el constructo empleado “la cargaeléctrica negativa” que participa en la generación del enlace covalente estarásituada entre los núcleos atómicos, por lo que podemos decir que se estácompartiendo entre los dos átomos.

Es común que en un enlace covalente la “carga eléctrica negativa”, que se sitúaen el eje internuclear, provenga de los dos átomos que se van a unir pero existenalgunas situaciones en donde la “carga eléctrica negativa” proviene únicamentede un átomo, lo cual define al enlace covalente coordinado.

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Cuando dos átomos forman un enlace covalente mediante la compartición de“carga eléctrica negativa” existe la posibilidad de que uno de los átomospartícipes sea capaz de atraer más la “carga eléctrica negativa” hacia si, sinproducir una transferencia de carga eléctrica neta, lo que producirá la apariciónde “cargas eléctricas parciales” en el enlace, formándose un dipolo eléctrico. Estasituación es conocida como enlace covalente polar.

El enlace covalente polar es un forma elegante de referirse al carácter iónico deun enlace covalente ya que se están generando “pequeñas cargas eléctricas”.

Para poder explicar la aparición de estas “pequeñas cargas eléctricas parciales”

Enlace covalente

Para poder explicar la aparición de estas “pequeñas cargas eléctricas parciales”es necesario recurrir a un nuevo concepto denominado electronegatividad, lacual pretende ser una medida de la capacidad de un átomo para atraer “cargaeléctrica negativa” en un enlace covalente.

CUIDADO. La electronegatividad no es una propiedad periódica asociada a unátomo aislado pues no es susceptible de ser medida experimentalmente, es unacaracterística que únicamente tiene cabida cuando se tiene un enlace covalente.

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Existen más de veinte formas de “cuantificar” la electronegatividad, c, estandoentre las más comunes:

• Electronegatividad de Pauling: basada en la energía del enlace covalente, D.

• Electronegatividad de Mulliken: basada en las propiedades periódicas EI y AE.

• Electronegatividad de Allred-Rochow: basada en carga nuclear efectiva y el

Enlace covalente

𝐷𝐴𝐵 = 𝐷𝐴𝐴𝐷𝐵𝐵 + 𝐶(𝜒𝐴 − 𝜒𝐵)1/2

𝜒 =𝐸𝐼+𝐴𝐸

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• Electronegatividad de Allred-Rochow: basada en carga nuclear efectiva y elradio covalente.

• Electronegatividad de Sanderson: basada en la densidad electrónica media deun átomo D y su densidad electrónica ideal Di.

Sin embargo, la escala de Pauling es la más empleada debido a que hacereferencia a parámetros energéticos del enlace covalente.

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𝜒 =2

𝜒 = 3590𝑍∗

𝑅𝑐𝑜𝑣+ 0.74

𝜒 = 0.21𝐷

𝐷𝑖+ 0.77

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Si retomamos la necesidad de recurrir al concepto de electronegatividad, esdecir, la aparición de “cargas eléctricas parciales” en el enlace covalente, existeuna forma de calcular el carácter iónico, CI, de un enlace covalente mediante laecuación:

Cabe mencionar que la ecuación anterior está adjudicada a Pauling por lo quelos valores de electronegatividad, c, que deben emplearse son los de su escala.

De esta forma podemos cuantificar que tan iónico es un enlace covalente o,dicho en otras palabras, que tan polar es un enlace covalente.

Enlace covalente

CI = 1 − 𝑒−(𝜒𝐴 −𝜒𝐵 )2 4⁄

dicho en otras palabras, que tan polar es un enlace covalente.

CUIDADO. De la ecuación anterior se ha extrapolado un “criterio de enlace” quees muy común encontrar en nuestra ciencia. El criterio hace referencia a ladiferencia de electronegatividad de las especies involucradas que nos permite“asociar” el tipo de enlace entre átomos.

|Dc| ≤ 0.4 “Enlace covalente”

0.4 < |Dc| < 1.7 “Enlace covalente polar”

1.7 ≤ |Dc| “Enlace iónico”

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La razón de este “criterio de enlace” se encuentra al evaluar los límitesestablecidos para la diferencia de electronegatividad en la ecuación de carácteriónico de Pauling.

|Dc| ≤ 0.4 “Enlace covalente” … CI ≤ 0.039 (3.9% carácter iónico y 96.1% carácter covalente)

0.4 < |Dc| < 1.7 “Enlace covalente polar” … 0.039 < CI < 0.514

Enlace covalente

CI = 1 − 𝑒−(𝜒𝐴 −𝜒𝐵 )2 4⁄

1.7 ≤ |Dc| “Enlace iónico” … CI ≥ 0.514(51.4% carácter iónico y 48.6% carácter covalente)

Como puede verse, si los átomos tienen una diferencia de electronegatividadentre ellos mayor o igual a 1.7, en escala de Pauling, el porcentaje del carácteriónico se vuelve predominante.

Este “criterio de enlace” es muy usado pero debes tener perfecta consciencia deque es un modelo que proviene de considerar un enlace covalente pues losvalores de electronegatividad se generaron de energías de enlace propias deenlaces covalentes… este “criterio” es sólo y sólo una buena extrapolación.

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