ENLACE QUÍMICO
Contenidos
Concepto y clasificación1
Regla del octeto2
Enlace iónico3
Enlace Covalente4
Químicawww.raulher.wordpress.com 2
Químicawww.raulher.wordpress.com
1. La mina de un lápiz se compone de grafito y arcilla. El grafito es una sustancia simple formada por átomos de carbono. Existe otra sustancia simple formada también por átomos de carbono llamada diamante. ¿Cuál es la causa de que ambas sustancias tengan propiedades tan distintas y sin embargo estén formadas por el mismo tipo de átomo?…
2. ¿Por qué los átomos se unen en unas proporciones determinadas y no en otras? ¿Por qué NaCl y no Na2Cl?
3. ¿Por qué la molécula de CO2 es lineal y la del H2O es angular?
4. ¿Qué es lo que determina las propiedades de una sustancia: solubilidad, conductividad eléctrica, estado de agregación a temperatura ambiente…?
Las propiedades características de las sustancias están relacionadas con la forma en que están unidas sus partículas y las fuerzas entre ellas, es decir, con el tipo de ENLACE que existe entre sus partículas.
A principios del siglo XX, el científico Lewis, observando la poca reactividad de los gases nobles (estructura de 8 electrones en su último nivel),sugirió que los átomos al enlazarse “tienden” a adquirir una distribución de electrones de valencia igual a la del gas noble más próximo
REGLA DEL OCTETO
Estructuras de Lewis
En 1916 G. N. Lewis propuso que los átomosse combinan para generar una configuración
electrónica más estable.La máxima estabilidad resulta cuando un
átomoes isoelectrónico con un gas noble.
Un par electrónico que es compartido entre dos átomos constituye un enlace covalente.
Químicawww.raulher.wordpress.com 9
Químicawww.raulher.wordpress.com
COMPUESTOS IÓNICOS1. Son sólidos con punto de fusión
altos (por lo general, > 400ºC)2. Muchos son solubles en
disolventes polares, como el agua..
3. La mayoría es insoluble en disolventes no polares, como el hexano C6H14.
4. Los compuestos fundidos conducen bien la electricidad porque contienen partículas móviles con carga (iones)
5. Las soluciones acuosas conducen bien la electricidad porque contienen partículas móviles con carga (iones).
COMPUESTOS COVALENTES1. Son gases, líquidos o sólidos
con punto de fusión bajos (por lo general, < 300ºC)
2. Muchos de ellos son insolubles en disolventes polares.
3. La mayoría es soluble en disolventes no polares, como el hexano C6H14.
4. Los compuestos líquidos o fundidos no conducen la electricidad.
5. Las soluciones acuosas suelen ser malas conductoras de la electricidad porque no contienen partículas con carga.
10
Estructuras de Lewis1
Excepciones a regla del octeto2
Fuerzas dipolo-dipolo3
Fuerzas de dispersion4
Químicawww.raulher.wordpress.com 11
Puente de hidrógeno5
N H
H
HN H
H
H x x
x
Amoníaco
Químicawww.raulher.wordpress.com 12
Químicawww.raulher.wordpress.com 13
C OOC OO xx
xx
Enlace covalente doble
Dióxido de Carbono
Químicawww.raulher.wordpress.com 14
Químicawww.raulher.wordpress.com 15
N NN Nxxxxx
Enlace covalente triple
Nitrógeno
Químicawww.raulher.wordpress.com 16
COH OH
OCOH OH
Ox x
x x
xx
xx
x x
x x
x x
x x
Ácido Carbónico
Químicawww.raulher.wordpress.com 17
CO-
O-
O
COH O-
O
COH O-
O
Na+
x CO-
O-
Ox Na
+Na
+x
Bicarbonato y Carbonato
Químicawww.raulher.wordpress.com 18
S
O-
O-
OH OH+2
S
O-
O-
OH OH+2
x x
x x
xx
xx
xx
xx
x x
Ácido Sulfúrico
Químicawww.raulher.wordpress.com 19
Excepciones a Regla del Octeto
Text
número par de e-
Molécula con menos de
8e-
molécula conmás de 8e-
Regla del Octeto
Excepciones a la
Químicawww.raulher.wordpress.com 20
Número Impar de Electrones
En la mayor parte de las moléculas, el número de electrones es par y es posible el apareamiento de los spines de los electrones.
No obstante, algunas moléculas como NONO contiene 5 + 6 electrones de valencia: es imposible el apareamiento completo de estos electrones y no se puede tener un octeto alrededor de cada uno de los átomos.
Químicawww.raulher.wordpress.com 21
B FF
F
Menos de ocho electrones
Una segunda excepción se presenta cuando hay menos de ocho electrones alrededor de un átomo de una molécula o de un ion.
Esta es una situación relativamente rara y se encuentra con mayor frecuencia en compuestos de boro y berilio.
Químicawww.raulher.wordpress.com 22
Químicawww.raulher.wordpress.com 23
La tercera y más grande clase de excepciones consiste en las moléculas en que hay más de ocho electrones en la capa de valencia de un átomo. Como ejemplo, consideremos el PCl5
PCl
ClCl
ClCl
Químicawww.raulher.wordpress.com 24
Algunos ejemplos…
Clasificación de los elementos de acuerdo con la regla del octetoMetales: baja electronegatividad, baja
energía de ionización. Tienden a soltar electrones.
No metales: alta electronegatividad. Tienden a coger electrones
Según el tipo de átomos que se unen:
Metal – No metal: uno cede y otro coge electrones (cationes y aniones)
No metal – No metal: ambos cogen electrones, comparten electrones
Metal – Metal: ambos ceden electrones
“Molécula” de NaCl
“Diagramas de Lewis”
“Molécula” de MgF2
Moléculas de H2 y O2
Moléculas de N2 y CO2
Tipos de enlace
IónicoMetálicoCovalente
Enlace iónico
El compuesto iónico se forma al reaccionar un metal con un no metal.
Los átomos del metal pierden electrones (se forma un catión) y los acepta el no metal (se forma un anión).
Los iones de distinta carga se atraen eléctricamente, se ordenan y forman una red iónica. Los compuestos iónicos no están formados por moléculas.
Enlace iónico entre Cl y Na: formación del ión Cl- y Na+
Redes iónicas
NaCl CsCl
Propiedades compuestos iónicos
Elevados puntos de fusión y ebulliciónSolubles en aguaNo conducen la electricidad en estado
sólido, pero sí en estado disuelto o fundido (Reacción química: electrolisis)
Al intentar deformarlos se rompe el cristal (fragilidad)
Enlace metálico
Las sustancias metálicas están formadas por átomos de un mismo elemento metálico (baja electronegatividad).
Los átomos del elemento metálico pierden algunos electrones, formándose un catión o “resto metálico”.
Se forma al mismo tiempo una nube o mar de electrones: conjunto de electrones libres, deslocalizados, que no pertenecen a ningún átomo en particular.
Los cationes se repelen entre sí, pero son atraídos por el mar de electrones que hay entre ellos. Se forma así una red metálica: las sustancias metálicas tampoco están formadas por moléculas.
El modelo del mar de electrones representa al metal como un conjunto de cationes ocupando las posiciones fijas de la red, y los electrones libres moviéndose con facilidad, sin estar confinados a ningún catión específico
Fe
Propiedades sustancias metálicas
Elevados puntos de fusión y ebulliciónInsolubles en aguaConducen la electricidad incluso en estado
sólido (sólo se calientan: cambio físico). La conductividad es mayor a bajas temperaturas.
Pueden deformarse sin romperse
Diferentes tipos de enlace covalente
Enlace covalente normal: Simple Múltiple: doble o triple
Polaridad del enlace: Apolar Polar
Enlace covalente dativo o coordinado
Enlace covalente normal
Si se comparten un par de e-: enlace covalente simple
Si se comparten dos pares de e- : enlace covalente doble
Si se comparten tres pares de e-: enlace covalente triple
Polaridad del enlace covalente
Enlace covalente apolar: entre átomos de idéntica electronegatividad (H2, Cl2, N2…). Los electrones compartidos pertenencen por igual a los dos átomos.
Enlace covalente polar: entre átomos de distinta electronegatividad (HCl, CO…). Los electrones compartidos están más desplazados hacia el átomo más electronegativo. Aparecen zonas de mayor densidad de carga positiva (δ+) y zonas de mayor densidad de carga negativa (δ-)
Enlace covalente dativo o coordinadoCuando el par de electrones compartidos
pertenece sólo a uno de los átomos se presenta un enlace covalente coordinado o dativo. El átomo que aporta el par de electrones se llama donador (siempre el menos electronegativo) y el que los recibe receptor o aceptor (siempre el más electronegativo)
Enlace de átomos de azufre (S) y oxígeno (O)
Molécula de SO: enlace covalente doble
Molécula de SO2: enlace covalente doble y un enlace covalente coordinado o dativo
:S ═ O:˙ ˙˙ ˙
˙ ˙S ═ O:
˙ ˙:O ←˙ ˙˙ ˙
Molécula de SO3: enlace covalente doble y dos enlaces covalentes coordinado o dativo
S ═ O:˙ ˙
:O ←˙ ˙˙ ˙
↓:O:˙ ˙
¿Existen moléculas, o se trata de estructuras gigantes?
Redes covalentesMoléculas covalentes (pequeñas -
macromoléculas)
Redes covalentes
Diamante: tetraedros de átomos de carbono
La unión entre átomos que comparten electrones es muy difícil de romper. Los electrones compartidos están muy localizados.
Grafito: láminas de átomos de carbono
Moléculas covalentes
Si el enlace es apolar: moléculas apolares (H2, O2, F2…)
Si el enlace es polar: Moléculas polares (HCl, H2O...) (dipolos
permanentes) Moléculas apolares (CO2) (simetría espacial)
Moléculas covalentes polares: el centro geométrico de δ- no coincide con el centro geométrico de δ+
Moléculas covalentes apolares: el centro geométrico de δ- coincide con el centro geométrico de δ+
En el COEn el CO22 existen enlaces covalentes polares y, sin existen enlaces covalentes polares y, sin embargo, la embargo, la molécula covalente no es polarmolécula covalente no es polar. Esto . Esto es debido a que la molécula presenta una es debido a que la molécula presenta una estructura lineal y se anulan los efectos de los estructura lineal y se anulan los efectos de los dipolos de los enlaces C-O.dipolos de los enlaces C-O.
O O ─ ─ C C ─ ─ OOδ+δ- δ-
Propiedades compuestos covalentes (moleculares)No conducen la electricidad
Solubles: moléculas apolares – apolaresInsolubles: moléculas polares - polaresBajos puntos de fusión y ebullición…¿Fuerzas intermoleculares?
Fuerza intermoleculares o fuerzas de Van der Waals
Fuerzas entre dipolos permanentesFuerzas de enlace de hidrógenoFuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas
de London)
Fuerzas entre moléculas polares (dipolos permanentes)HCl, HBr, HI…
-+ + -
Enlace de hidrógeno :Cuando el átomo de hidrógeno está unido a átomos muy electronegativos (F, O, N), queda prácticamente convertido en un protón. Al ser muy pequeño, ese átomo de hidrógeno “desnudo” atrae fuertemente (corta distancia) a la zona de carga negativa de otras moléculas
HF
H2O
NH3
Enlace de hidrógeno en la molécula de agua
Enlace de hidrógeno
Este tipo de enlace es el responsable de Este tipo de enlace es el responsable de la existencia del agua en estado líquido y la existencia del agua en estado líquido y sólido.sólido.
Estructura del hielo y del agua líquidaEstructura del hielo y del agua líquida
Enlaces de hidrógeno en el ADN
Apilamiento de las bases.
Enlaces de hidrógeno
Interiorhidrófobo
Esqueleto desoxiribosa-fosfatoEnlaces de
hidrógeno
Exterior hidrófilo
A: adeninaG: guaninaC: citosinaT: timina
Bases nitrogenada
s
Repulsión electrostática
Fuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas de London)
Los dipolos inducidos se deben a las fluctuaciones de los electrones de una zona a
otra de la molécula, siendo más fáciles de formar cuanto más grande sea la molécula: las
fuerzas de London aumentan con la masa molecular.
Enlaces y Moléculas
11Cuando los átomos entran en interacción mutua, de modo que se completan sus niveles energéticos exteriores, se forman partículas nuevas más grandes.
22Estas partículas constituidas por dos o más átomos se conocen como moléculas y las fuerzas que las mantienen unidas se conocen como enlaces.
Químicawww.raulher.wordpress.com 58
Tipos de Enlace
Hay dos tipos principales de enlaces: iónico y covalente.
Los enlaces iónicos se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuesta; esas partículas, formadas cuando un electrón salta de un átomo a otro, se conocen como iones
Para muchos átomos, la manera más simple de completar el nivel energético exterior consiste en ganar o bien perder uno o dos electrones.
Químicawww.raulher.wordpress.com 59
Formación de un Cristal
Químicawww.raulher.wordpress.com 60
Covalente
comparte e-
Covalente polar
transferencia parcial de e-
Iónico
transferencia e-
Aumento en la diferencia de electronegatividad
0 ─── ≤ 0.4 ─── < 1.7 ── > Iónico Cov. No-polar Cov. polar
Clasificación de enlaces
Químicawww.raulher.wordpress.com 61
Enlace Iónico
Químicawww.raulher.wordpress.com
EnlaceEnlaceIónicoIónico
Un enlace iónico es la fuerza de la atracción electrostática entre iones de carga opuesta.
IonesIoneslibreslibres
Estos enlaces pueden ser bastante fuertes pero muchas sustancias iónicas se separan fácilmente en agua, produciendo iones libres.
62
El sodio le transfiere un electrón al cloro por lo que éste queda con carga negativa.
www.raulher.wordpress.com Química63
Iones
Los metales pierden sus electrones de valencia para formar cationes:
Esta perdida de electrones se llama oxidación.
Na . Na+ + e- sodioMg: Mg2+ + 2 e- magnesio : Al . Al 3+ + 3 e- aluminio
www.raulher.wordpress.com Química64
Formación de Aniones
Los no metales ganan electrones y adquieren la configuración de gas noble:
Este proceso se llama reducción.: Cl . + e- : Cl : -
: O : + 2e- : O : 2- oxido
:N . + 3e- : N : 3- nitruro
. ::
. ::
..
::
::
www.raulher.wordpress.com Química65
Ejemplo de enlace iónico
www.raulher.wordpress.com Química66
Importancia de los iones
Muchos iones constituyen un porcentaje ínfimo del peso vivo, pero desempeñan papeles centrales.
El ion potasio (K+) es el principal ion con carga positiva en la mayoría de los organismos, y en su presencia puede ocurrir la mayoría de los procesos biológicos esenciales.
ClCl–– (anión) (anión)KK+ + ((catióncatión))
Químicawww.raulher.wordpress.com 67
Impulso Nervioso
Los iones calcio (Ca2+), potasio (K+) y sodio (Na+) están implicados todos en la producción y propagación del impulso nervioso.
Químicawww.raulher.wordpress.com
Na+
K+
Impulso nervioso
68
En el interior de la neurona existen proteínas e iones con carga negativa.
Esta diferencia de concentración de iones produce también una diferencia de potencial (unos -70 milivoltios) entre el exterior de la membrana y el interior celular.
Químicawww.raulher.wordpress.com 69
Bomba de sodio/potasio
Esta variación entre el exterior y el interior se alcanza por el funcionamiento de la bomba de sodio/potasio (Na+/K+)
Químicawww.raulher.wordpress.com 70
La bomba de Na+/K+ gasta ATP. Expulsa tres iones de sodio que se encontraban en el interior de la neurona e introduce dos iones de potasio que se encontraban en el exterior. Los iones sodio no pueden volver a entrar en la neurona, debido a que la membrana es impermeable al sodio.
Gasto de ATP
Químicawww.raulher.wordpress.com 71
Función del calcio
Además, el Ca2+ es necesario para la contracción de los músculos y para el mantenimiento de un latido cardíaco normal.
Químicawww.raulher.wordpress.com 72
Molécula de clorofila
El ion magnesio (Mg+2) forma parte de la molécula de clorofila, la cual atrapa la energía radiante del Sol en algunas algas y en las plantas verdes.
Químicawww.raulher.wordpress.com 73
Enlace Covalente
Los enlaces covalentes están formados por pares de electrones compartidos.
Un átomo puede completar su nivel de energía exterior compartiendo electrones con otro átomo.
En los enlaces covalentes, el par de electrones compartidos forma un orbital nuevo (llamado orbital molecular) que envuelve a los núcleos de ambos átomos.
Químicawww.raulher.wordpress.com 74
Químicawww.raulher.wordpress.com 75
En un enlace de este tipo, cada electrón pasa parte de su tiempo alrededor de un
núcleo y el resto alrededor del otro.
Así, al compartir los electrones, ambos completan su nivel de energía exterior y
neutralizan la carga nuclear.
Regla del octeto
Esta regla es muy útil en casos que involucran átomos como C,
N, O, y F.
FF :: FF:: ::........
....
....
Al formar compuestos, los átomos ganan, Al formar compuestos, los átomos ganan, pierden, o comparten electrones para producir pierden, o comparten electrones para producir
una configuración electrónica estable una configuración electrónica estable caracterizada por 8 electrones de valencia.caracterizada por 8 electrones de valencia.
Químicawww.raulher.wordpress.com 76
ejemplo
CC .... ....
FF::........ ..
Al combinar un carbono (4 electrones de valencia) y Al combinar un carbono (4 electrones de valencia) y cuatro átomos de fluor (7 electrones de valencia)cuatro átomos de fluor (7 electrones de valencia)
la estructura de Lewis para CFla estructura de Lewis para CF44 queda así: queda así:
:: FF::........CC
:: FF::........
:: FF::........:: FF::
....
....
Se cumple la regla del octeto para el carbono y fluor.Se cumple la regla del octeto para el carbono y fluor.
Químicawww.raulher.wordpress.com 77
ejemplo
Es una práctica común representar un enlace covalente por una linea. Así, se puede escribir:
:: FF ::........CC
:: FF ::........
:: FF ::........:: FF ::
....
....
....
CCFF
FF
FF
FF
....
............:: ::
:: ::
:: ::
....
comocomo
Químicawww.raulher.wordpress.com 78
Ejemplos inorgánicos
CC:: :: ::OO....
::OO....
:: :: CC ::OO....
OO....
::
:: :: ::NN::CC::HH ::NNCCHH
Dióxido de carbonoDióxido de carbono
Cianuro de hidrógenoCianuro de hidrógeno
Químicawww.raulher.wordpress.com 79
Ejemplos orgánicos
EtilenoEtileno
AcetilenoAcetileno:: :: ::CC::CC::HH HH CCCCHH HH
CC:: ::CC....
HH :: ::....
HHHHHH
CC CC
HH HH
HHHH
Químicawww.raulher.wordpress.com 80
Electronegatividad
La electronegatividad es una medida de la La electronegatividad es una medida de la habilidad de un elemento de atraer electrones habilidad de un elemento de atraer electrones
cuando esta enlazado a otro elemento.cuando esta enlazado a otro elemento.
Un elemento electronegativo atrae electrones.Un elemento electropositivo libera electrones.
Químicawww.raulher.wordpress.com 81
Escala de electronegatividad
1.0
Na
0.9
Li Be B C N O F
1.5
Mg
1.2
2.0
Al
1.5
2.5
Si
1.8
3.0
P
2.1
3.5
S
2.5
4.0
Cl
3.0
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en la tabla periódica.
La electronegatividad disminuye al bajar en un grupo.
Químicawww.raulher.wordpress.com 82
Generalización
Entre más grande sea la diferencia de Electronegatividad entre dos átomos enlazados;
más polar es el enlace.
Enlaces no-polares conectan dos átomos de la misma electronegatividad
H—HH—H :: NN NN::FF::........FF::
....
....
Químicawww.raulher.wordpress.com 83
Generalización
Entre más grande la diferencia en electronegatividadentre dos átomos; más polar es el enlace.
Los enlaces polares conectan átomosLos enlaces polares conectan átomosde diferente electronegatividadde diferente electronegatividad
:: OO CCFF::
....
....HH
OO........HH
HH OO::.... ....
Químicawww.raulher.wordpress.com 84
NaCl
Na Cl
: :
····
Determinación del % de Carácter iónico
Electronegatividad Cl 3.0
Electronegatividad Na 0.9
Diferencia 2.1
% de carácter iónico
Según la tabla periódica 67%
Porcentaje de carácter iónico
Químicawww.raulher.wordpress.com 85
Determinación del % de Carácter iónico
Electronegatividad F 4.0
Electronegatividad Mg 1.2
Diferencia 2.8
% de carácter iónico
Según la tabla periódica 86%
22( )Mg F : :····
MgF2
Químicawww.raulher.wordpress.com 86
Determinación del % de Carácter covalente
Electronegatividad Cl 3.5
Electronegatividad H 2.1
Diferencia 1.4
% de carácter iónico
Según la tabla periódica 39
Carácter covalente = 100 – 39% = 61%
H Cl
H Clx
Enlace covalente polar
Porcentaje de carácter covalente
Químicawww.raulher.wordpress.com 87
Determinación del % de Carácter covalente
Electronegatividad H 2.1
Electronegatividad H 2.1
Diferencia 0
% de carácter iónico
Según la tabla periódica 0
Carácter covalente = 100 – 0% = 100%
Enlace covalente puro o no polar
H Hx
H H
Químicawww.raulher.wordpress.com 88
Enlace covalente dativo
Químicawww.raulher.wordpress.com 89
Fuerzas intermoleculares
Químicawww.raulher.wordpress.com
Fuer
zas
Fuer
zas
inte
rmol
ecul
ares
inte
rmol
ecul
ares Las fuerzas intermoleculares
son fuerzas electromagnéticas las cuales actúan entre moléculas o entre regiones ampliamente distantes de una macromolécula.
90
Company Logowww.themegallery.com
Clasificación
Fuerzas IntermolecularesFuerzas Intermoleculares
Fuerzas electromagnéticas
Dipolo-Dipolo-dipolodipolo
DispersiónDispersión P.hidrP.hidrógenoógeno
91
Dipolo-Dipolo
Son las fuerzas que ocurren entre dos moléculas con dipolos permanentes.
Estas funcionan de forma similar a las interacciones iónicas, pero son más débiles debido a que poseen solamente cargas parciales. Un ejemplo de esto puede ser visto en el ácido clorhídrico:
Químicawww.raulher.wordpress.com
(+)(-) (+)(-) H-Cl----H-Cl (-)(+)
(-)(+) Cl-H----Cl-H
92
Fuerzas de Dispersión o London
Son pequeñas y transitorias fuerzas de atracción entre moléculas no polares.
Son más intensas en las moléculas no polares más grandes que en las pequeñas.
Son de mayor magnitud en el Br2, que en el I2, que en el F2.
Químicawww.raulher.wordpress.com 93
Puente de hidrógeno
Es un tipo de atracción dipolar particularmente fuerte, en el cual un átomo de hidrógeno hace de puente entre dos átomos electronegativos, sujetando a uno con un enlace covalente y al otro con fuerzas puramente electrostáticas.
Químicawww.raulher.wordpress.com 94
Químicawww.raulher.wordpress.com 95
Químicawww.raulher.wordpress.com 96
Químicawww.raulher.wordpress.com