QUÍMICA. Tema 3. Enlace Químico

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1 Tema 3. Enlace Químico Índice - Tipos de enlace - Enlace iónico - Enlace covalente - Enlace metálico bjetivos específicos - Que el alumno conozca los principales tipos de enlaces químicos - Que el alumno pueda determinar el tipo de enlace presente en una sustancia - Que el alumno sea capaz de predecir la geometría de moléculas covalentes sencillas Resumen del tema 3 Tipos de Enlace La materia está formada por agrupamientos de átomos. Cuando estas agrupaciones carecen de carga eléctrica se denominan moléculas, y cuando presentan carga reciben el nombre de iones. El enlace químico es la unión entre átomos, iones o moléculas. Existen varios tipos de enlace entre átomos, y que se forme un tipo u otro depende de la configuración electrónica de su nivel más externo, conocido como nivel o capa de valencia. En general, mediante el enlace los elementos representativos tienden a alcanzar la estructura del gas noble más cercano (s 2 p 6 ). La formación espontánea de un enlace indica que la molécula originada es un estado de menor contenido energético que los átomos aislados, y es consecuencia de la tendencia de dichos átomos a alcanzar la configuración electrónica más estable posible. El enlace iónico surge cuando se unen un átomo de la parte izquierda de la tabla periódica (elementos con baja energía de ionización y, por tanto, con tendencia a formar cationes) con un elemento de la parte derecha (elementos con alta afinidad electrónica y, por tanto, con tendencia a Tema 3-1. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

2 formar aniones). En este caso se produce la cesión de electrones del metal al no metal originándose los iones correspondientes, que se atraen mutuamente debido a que poseen cargas opuestas. El enlace covalente se origina al unirse dos átomos de la parte derecha de la tabla periódica (elementos con alta afinidad electrónica y con alta energía de ionización). Como ninguno tiene tendencia a ceder electrones y formar un catión, lo que hacen es compartir electrones entre ambos; de esta manera ninguno pierde electrones, ninguno los gana, pero ambos alcanzan la configuración de gas noble. Cuando se unen metales entre sí, elementos de las zonas izquierda y central de la tabla periódica (elementos con baja energía de ionización y con baja afinidad electrónica), también se produce la compartición de electrones, pero de una manera peculiar que da origen a un tercer tipo de enlace, el enlace metálico. Enlace Iónico Cuando se encuentran dos átomos de electronegatividad muy diferente, esto es, un átomo muy electronegativo (no metálico) y otro muy electropositivo (metálico), se produce la transferencia de uno o varios electrones del elemento menos electronegativo al más electronegativo, transformándose el primero en un catión y el segundo en un anión, que se unen por atracción electrostática. a: 1s 2 2s 2 p 6 3s 1 a + : 1s 2 2s 2 p 6 Cl: 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 5 Cl - : 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 Puede observarse que ambos iones presentan la estructura del gas noble más cercano. a Cl a Cl a + Cl - a + Cl - Una manera sencilla de dibujar el proceso de enlace consiste en representar cada átomo por su símbolo químico, rodeando éste con tantos Tema 3-2. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

3 puntos como electrones haya en la capa de valencia agrupados por orbitales. En los sólidos formados mediante enlace iónico, conocidos como sólidos iónicos, no existen verdaderas moléculas, sino estructuras tridimensionales teóricamente infinitas, donde cada ión está rodeado por iones de signo contrario y ejerce una atracción en todas las direcciones del espacio. La fórmula acl no representa a una molécula, sino que indica la estequiometría del compuesto. El número de iones que rodea a cada ión de signo contrario se llama número o índice de coordinación, n c. Enlace Covalente Los no metales se unen entre sí mediante enlace covalente. Éste implica que dichos átomos comparten uno o más pares de electrones, alcanzando así la estructura del gas noble más cercano (con alguna excepción, como determinados compuestos de boro). A diferencia de lo que ocurre en el enlace iónico, en el enlace covalente se forman verdaderas moléculas, aunque también existen compuestos formados por uniones covalentes tridimensionales de átomos, como en el caso del carbono C (diamante) o del Si 2. La descripción más sencilla del enlace covalente se realiza mediante las representaciones o estructuras de Lewis. En éstas, cada átomo enlazado se representa mediante su símbolo químico, y se disponen a su alrededor los electrones de su capa de valencia agrupados por orbitales, procurando mantener el máximo número de electrones solitarios; los átomos enlazados compartirán tantos electrones como sean necesarios para alcanzar la estructura de gas noble (8 electrones a su alrededor, excepto para el hidrógeno que necesita 2). Cada par de electrones compartido se sitúa en la zona intermedia entre ambos átomos, y representa un enlace covalente. Tema 3-3. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

4 La representación se puede simplificar eliminando los pares electrónicos que no intervienen en el enlace, y sustituyendo los pares de electrones de enlace por rayas (enlaces) que unen a los átomos en cuestión. Sin embargo, hay que tener en cuenta que para poder describir el enlace en una molécula es necesario dibujar primero su estructura de Lewis, antes de emplear la fórmula simplificada, puesto que pueden existir enlaces múltiples (enlaces dobles y enlaces triples). Esto último ocurre porque, en algunos casos, los átomos han de compartir más de un par de electrones para lograr la configuración de gas noble. Para moléculas con más de dos átomos, el átomo menos electronegativo es, a menudo, el átomo central. + Tema 3-4. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

5 Existen casos en los que un átomo aporta el par electrónico de enlace, formándose un enlace covalente coordinado. La geometría de las moléculas puede justificarse mediante el modelo de Repulsión de los Pares Electrónicos de la Capa de Valencia (RPECV). Según este modelo, los pares electrónicos de la capa de valencia del átomo central (tanto pares de enlace como pares solitarios) tenderán a estar lo más alejado posible entre sí. Una vez conocida la disposición de todos los pares electrónicos, la forma de la molécula depende de la situación de sus átomos, sin tener en cuenta la ubicación de los pares de electrones solitarios que pudiera haber. número de pares de electrones 3 disposición de los pares de electrones plana trigonal B 3 4 tetraédrica C 4, 3, 2 Enlace Metálico Los metales se unen entre sí compartiendo electrones. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en el enlace covalente, los electrones son compartidos por un número elevado de átomos. De hecho, este enlace se puede representar mediante el modelo de nube electrónica o mar de electrones, según el cual los átomos pierden el control sobre uno o varios electrones, transformándose en cationes dispuestos en una estructura tridimensional, y los electrones compartidos se mueven libremente por toda la estructura, actuando como cohesionadores del conjunto. Este tipo de enlace es consecuencia de las bajas energías de ionización de los metales, con la consiguiente facilidad para desprenderse de los electrones y formar cationes. Como en el caso de los sólidos iónicos, en los sólidos metálicos tampoco existen verdaderas moléculas, sino estructuras tridimensionales de cationes, teóricamente infinitas, envueltas en una nube de electrones deslocalizados. Tema 3-5. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

6 Tema 3-6. UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ Prof. ernando ernández Lázaro

7 Problemas resueltos del tema 3 - Predecir la geometría molecular del oxígeno ( 2 ). Datos: Z () = 8 Primero hay que determinar la configuración electrónica del átomo de oxígeno (Z = 8): 1s 2 2s 2 p 4 luego en la capa de valencia tiene 6 electrones. Para adquirir la configuración del gas noble más próximo (1s 2 2s 2 p 6 ) necesitará 2 electrones, que puede obtener compartiéndolos con el otro átomo de oxígeno Como la molécula sólo tiene dos átomos, su geometría es lineal. Lo mismo ocurre con las moléculas 2 y 2 estudiadas previamente. - Predecir la geometría molecular del agua ( 2 ). Datos: Z () = 1, Z () = 8 Primero hay que determinar las configuraciones electrónicas de ambos átomos (Z = 1): 1s 1 (Z = 8): 1s 2 2s 2 p 4 Alrededor del átomo de oxígeno (átomo central) hay 4 pares de electrones, luego estarán colocados en una disposición tetraédrica. La geometría de la molécula (disposición de los átomos --) será angular. Tema 3-7. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

8 - Predecir la geometría molecular del amoníaco ( 3 ). Datos: Z () = 1, Z () = 7 Primero hay que determinar las configuraciones electrónicas de ambos átomos (Z = 1): 1s 1 (Z = 7): 1s 2 2s 2 p 3 Alrededor del átomo de nitrógeno (átomo central) hay 4 pares de electrones, luego estarán colocados en una disposición tetraédrica. La geometría de la molécula (disposición de los átomos de nitrógeno e hidrógeno) será piramidal trigonal. - Predecir la geometría molecular del ión amonio ( 4 + ). Datos: Z () = 1, Z () = 7 Primero hay que determinar las configuraciones electrónicas de los átomos involucrados (Z = 1): 1s 1 (Z = 7): 1s 2 2s 2 p 3 + Tema 3-8. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

9 Alrededor del átomo de nitrógeno (átomo central) hay 4 pares de electrones, luego estarán colocados en una disposición tetraédrica. La geometría de la molécula (disposición de los átomos de nitrógeno e hidrógeno) será tetraédrica. - Predecir la geometría molecular del ión tetrafluorborato (B 4 - ), que se obtiene por reacción del trifluoruro de boro (B 3 ) con fluoruro ( - ). Datos: Z (B) = 5, Z () = 9 Primero hay que determinar las configuraciones electrónicas de los átomos correspondientes B (Z = 5): 1s 2 2s 2 p 1 (Z = 9): 1s 2 2s 2 p 5 B - B B B Alrededor del átomo de boro del B 3 (átomo central) hay 3 pares de electrones, luego estarán colocados en una disposición trigonal plana, y la geometría de la molécula (disposición de los átomos de boro y flúor) será igualmente trigonal plana. En cambio, en el B 4 - hay 4 pares de electrones alrededor del boro, que estarán colocados en una disposición tetraédrica, siendo la geometría de la molécula también tetraédrica. B B bsérvese, que alrededor del átomo de boro en el B 3 sólo hay 6 electrones, luego este átomo no ha alcanzado en la molécula la configuración electrónica del gas noble más cercano. Tema 3-9. Prof. ernando ernández Lázaro UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ

10 Problemas del tema 3 metano (C 4 ). Datos: Z () = 1, Z (C) = 6 Solución: tetraédrica sulfuro de hidrógeno ( 2 S). Datos: Z () = 1, Z (S) = 16 Solución: angular - Dibujar la estructura de Lewis y predecir la geometría molecular de la fosfina (P 3 ). Datos: Z () = 1, Z (P) = 15 Solución: piramidal trigonal ión 3 +. Datos: Z () = 1, Z () = 8 Solución: piramidal trigonal cloro (Cl 2 ). Datos: Z (Cl) = 17 Solución: lineal fluorometano (C 3 ). Datos: Z () = 1, Z (C) = 6, Z () = 9 Solución: tetraédrica yoduro de hidrógeno (I). Datos: Z () = 1, Z (I) = 53 Solución: lineal tribromuro de fósforo (PBr 3 ). Datos: Z (P) = 15, Z (Br) = 35 Solución: piramidal trigonal fluoruro de oxígeno ( 2 ). Datos: Z () = 8, Z () = 9 Solución: angular Tema UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ Prof. ernando ernández Lázaro

11 freón-12 (CCl 2 2 ). Datos: Z (C) = 6, Z () = 9, Z (Cl) = 17 Solución: tetraédrica tricloruro de nitrógeno (Cl 3 ). Datos: Z () = 7, Z (Cl) = 17 Solución: piramidal trigonal óxido de cloro (Cl 2 ). Datos: Z () = 8, Z (Cl) = 17 Solución: angular triyoduro de boro (BI 3 ). Datos: Z (B) = 5, Z (I) = 53 Solución: trigonal plana fluoruro de hidrógeno (). Datos: Z () = 1, Z () = 9 Solución: lineal anión hidróxido ( - ). Datos: Z () = 1, Z () = 8 Solución: lineal cloruro de azufre (SCl 2 ). Datos: Z (S) = 16, Z (Cl) = 17 Solución: angular Tema UIVERSIDAD MIGUEL ERÁDEZ Prof. ernando ernández Lázaro