martes, 17 de mayo de 2016

3 ENLACE QUÍMICO FUERTE

Introducción // Historia // Enlace químico fuerte // Identificando el tipo de enlace // Estructuras de Lewis // Estructuras por el número de oxidación // Teoría del enlace de valencia // Teoría del orbital molecular // Enlace químico débil // Enlace químico y los estados de la materia // Referencias bibliográficas

Los enlaces fuertes son fuerzas intermoleculares que mantienen unidos los átomos en las moléculas. Los enlaces fuertes se forman ya sea por compartir electrones generando una unión o mediante la transferencia de electrones que genera una atracción electrostática. Existen varios tres tipos generales de enlaces fuertes, aunque en realidad deberíamos hablar de dos: Iónico-Covalente y Metálico (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry, Castellion, & Ballantine, 2007; Timberlake, 2015).

3.1 El enlace ionico


El enlace iónico es un tipo de enlace químico que involucra la atracción electrostática entre dos iones opuestos que funcionan como los dos polos de un dipolo magnético “un imán”. La naturaleza del enlace iónico es la que le da sus propiedades a los compuestos iónicos y a los iones (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

En el enlace iónico uno de los átomos cede un electrón tornándose positivo, mientras que otro átomo adquiere un electrón, tornándose negativo. Cuando los átomos han adquirido o perdido electrones se los denomina iones. Los positivos reciben el nombre de CATIONES y los negativos de ANIONES. La transferencia casi total de los electrones se denomina electrovalencia, ya que el poder de combinación es mediado por la carga electrostática y no por compartir electrones (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

Por norma general los metales tienen la tendencia a perder electrones, mientras que los no metales tienden a atraerlos, sin embargo esas tendencias dependen de propiedades diferentes del poder de combinación de los elementos, de allí que la mera regla del octeto no nos ayuda a predecir muchas situaciones (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

Los iones pueden son monoatómicos o poliatómicos, lo que importa es la naturaleza monopolar del ion debido a haber adquirido o perdido un electrón (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

3.1.1 El continuo iónico – covalente: extremo iónico


El continuo iónico covalente es una idea que emerge de la naturaleza del enlace químico fuerte, y es que no hay un núcleo atómico lo bastante fuerte como para despojar de la nube de electrones a otro átomo de forma permanente. Un núcleo muy fuerte como el Flúor puede transferir el electrón de otro átomo hacia sí mismo la mayoría del tiempo, pero en algún microinstante el electrón puede transferirse al núcleo del elemento más débil, por lo que no existe un enlace iónico perfecto.

En otras palabras, todo enlace iónico posee algún nivel de covalencia, es decir de compartir electrones entre los núcleos, estamos hablando por lo tanto de una propiedad cualitativa con una escala continua y no de una propiedad cualitativa de blanco o negro.

Ahora la pregunta es ¿Cómo diferenciar un enlace iónico de un enlace covalente?, bueno dejaremos esta idea para más adelante en el tema de formulación, por lo pronto solo diremos que un enlace iónico es aquel formado por dos núcleos atómicos que poseen una gran diferencia de electronegatividades.

3.1.2 Propiedades del enlace iónico


El enlace iónico es fuerte pero inflexible, es muy frágil, de forma tal que en presencia de agua o cualquier solvente polar tienen la tendencia a romperse. Una vez rotos y en solución, los compuestos iónicos son capaces de conducir la electricidad con facilidad, pero el sólido no lo hace (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

Los puntos de fusión tienden a depender de la diferencia de electronegatividades, a mayor diferencia más fuerte el enlace, más difícil romperlo con calor y por lo tanto funden a mayor temperatura, o se solubilizan más difícilmente. Sin embargo hay que tener en cuenta que muchas de esas tendencias tienen excepciones notables (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

La geometría molecular del enlace iónico sigue las reglas del máximo empaquetamiento posible (Imagen anterior) debido a que no existen pares de electrones que se repelan mutuamente. Sin esos “espacios ocupados” los átomos iónicos pueden empaquetarse de la forma más eficiente posible.

3.2 El enlace covalente


Un enlace covalente es un tipo de enlace que involucra la formación de una pareja de electrones compartida por dos núcleos atómicos, en este caso ninguno de los dos átomos adquiere una naturaleza polar fuerte, por lo que la atracción se da por la atracción electrostática del par de electrones enlazantes.

A diferencia del enlace iónico, el encale covalente tiene diferentes subtipos como el enlace pi, el enlace sigma, enlace deslocalizado o el enlace covalente polar. El termino covalente se origina en 1932 y señala un tipo de enlace de valencia compartida.

3.2.1 El continuo iónico – covalente: extremo covalente


El continuo iónico covalente no tiene un extremo iónico perfecto, pero si tiene un extremo covalente perfecto. Dos átomos con la misma electronegatividad pueden unirse entre si al compartir de forma perfecta dos electrones, sin que uno lo tenga más tiempo que el otro. A partir de aquí uno puede empezar a decir que cualquier enlace donde exista una diferencia de electronegatividades, así sea leve tendrá algunas características del enlace iónico, y de hecho así es, por tal razón en el continuo iónico covalente emerge un tercer concepto intermedio llamado covalente polar.

El enlace covalente polar se caracteriza porque aunque los electrones se comparten, ellos tienden a pasar más tiempo alrededor del núcleo más electronegativo creando un dipolo leve, con una carga parcial negativa en el átomo más electronegativo y una carga parcial positiva en el extremo menos electronegativo (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

Como el valor definitivo para identificar si estamos hablando de un covalente perfecto, un covalente polar o un enlace iónico es la electronegatividad, el punto es definir qué valor de diferencia de electronegatividad elegimos para cada una de las tres categorías, sin embargo dejaremos eso por el momento y seguiremos comentando algunas propiedades del enlace covalente.

3.2.2 Tipos de enlace covalente


3.2.2.1 Enlace covalente perfecto

También llamado NO polar, es aquel formado por núcleos con la misma electronegatividad, estas moléculas no forman dipolos por lo que no pueden interactuar con otras moléculas con facilidad, por lo que no son solubles y tienden a ser gases (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

3.2.2.2 Enlace covalente polar

La diferencia de electronegatividades forma un dipolo magnético débil, por lo que la molécula funciona como un imán débil, en esencia tiene lo mejor de los dos extremos, posee los polos de una molécula iónica, pero no se rompe con facilidad, por lo que son moléculas estables (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

3.2.2.3 Enlace sigma

Es un enlace simple entre dos núcleos atómicos, este tipo de enlace puede rotar fácilmente, lo cual le otorga a la molécula movilidad para girar sobre sí misma y adquirir la configuración más estable (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015). Puede formarse entre orbitales s; un orbital s y otro p; o entre dos orbitales p alineados en el eje x por un solo lóbulo.

3.2.2.4 Enlace pi

Se forma cuando dos núcleos atómicos ya han establecido un enlace simple tipo sigma y van a formar uno o dos enlaces extra. La forma general de estos enlaces predicha por las ecuaciones de la mecánica cuántica es la de un anillo o dona que conecta a los dos átomos, haciendo parecer que un solo enlace pi parezca dos enlaces. 

Los enlaces pi son rígidos, por lo que las moléculas quedan ancladas en su formación. Lo anterior trae como consecuencia que puedan romperse con más facilidad haciendo de estas moléculas más reactivas (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015). Los enlaces pi requieren de orbitales con mínimo dos lóbulos superpuestos paralelamente que pueden ser los orbitales p alineados en el eje (y) o en el eje (z) así como los orbitales d.


3.2.2.5 Enlace resonante o deslocalizado

Este se caracteriza por una molécula con un electrón sobrante como en los aniones o cationes poliatómicos. Este electrón no puede formar un enlace doble o triple en cualquiera de las posiciones donde ya hay un enlace, lo cual genera una serie de posibles fórmulas, todas válidas y que probablemente se manifiestan al mismo tiempo resonando entre unas y otras, aunque posiblemente tampoco exista ninguna realmente. 

La visión alternativa sobre estos electrones sobrantes o faltantes es que hay una deslocalización de la posición del electrón, y de esta forma generando una estructura molecular que no podemos representar fácilmente. Dos ejemplos de enlace con electrón deslocalizado son el enlace aromático y el enlace metálico (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

3.2.2.6 Aromático

Típico de compuestos como el benceno (Imagen anterior), se trata de un enlace deslocalizado semejante al enlace metálico que le otorga a la molécula una estabilidad superior. (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

3.3 El enlace metálico


Bien, ese es el primer enlace fuerte en el que se presentan dos conceptos clave, primero, es un enlace en el que no intervienen dolo 2 núcleos y un par de electrones por enlace, en su lugar tienes miles de millones de núcleos, con miles de millones de electrones moviéndose de manera laxa entre toda la masa, generando una nube, a este tipo de movimiento lo llamamos deslocalización (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

La deslocalización del enlace metálico hace que los electrones se muevan fácilmente entre la gran nube de probabilidades, lo que explica la gran conductividad eléctrica de los metales, pues debido a la deslocalización de sus electrones, estos se mueven muy fácilmente o pueden ser empujados fácilmente (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

Adicionalmente los núcleos y electrones pueden vibrar con facilidad, y cuando una masa de átomos vibra manifiesta calor, eso implica que el enlace metálico puede distribuir o conducir calor con facilidad (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

La representación de un metal puro es en consecuencia la de una sustancia cuyo estado de oxidación es neutro, es decir cero.


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