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Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería Licenciatura en Química

Enlace Químico Melissa Giselle López Romero

Introducción a la Química (Grupo 02) M. en Q. Erik Gerardo Rojo Gómez 26 de Octubre de 2019 1er Semestre

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería Enlace Químico “We have to remember that what we observe is not nature in itself but nature exposed to our method of questioning.” Werner Heisenberg

Toda la materia que nos rodea tiene diversas características y propiedades que la hacen interactuar de forma diferente entre sí. Gracias a esto podemos encontrar sustancias en todos los estados de agregación, como la sal (sólido), el oxígeno (gas) o el agua (líquido); compuestos realmente resistentes o, por el contrario, muy frágiles; entre otros. Estas sustancias o compuestos que encontramos en la naturaleza se deben a la combinación e interacción entre átomos de un mismo o de diferentes elementos. Pero, ¿a qué se debe esta interacción o unión entre los átomos? ¿De qué depende que dos o más átomos se mantengan unidos para dar lugar a una sustancia y no a otra totalmente diferente? Para poder comprender esto, es necesario conocer qué es un enlace químico y los tipos de enlace que se manifiestan entre los elementos. El enlace químico es definido como “la fuerza que mantiene unidos a dos elementos para formar un compuesto”. Si bien, los gases nobles son los únicos que se encuentran como átomos aislados en la naturaleza, los demás elementos los encontramos enlazados. Esto conlleva a que las propiedades de las sustancias que encontramos en la Tierra se deban en gran medida a los enlaces que forman sus átomos. Un enlace químico es posible gracias a los electrones de valencia. Sin estos los enlaces no podrían llevarse a cabo. Los electrones de valencia permitirán a un átomo ceder, compartir o aceptar esos electrones que los lleven a completar su octeto, es decir, tener 8 electrones en su nivel más externo para llegar así a una configuración electrónica más estable. Hoy en día podemos identificar principalmente tres tipos de enlaces entre los átomos; estos son: el enlace iónico, covalente y metálico. Las diferencias entre estos enlaces dependen en su mayoría de la electronegatividad de cada elemento partícipe. A su vez, la diferencia entre las electronegatividades presentes determinará la polaridad del enlace (medida de qué tan equitativamente se comparten los electrones en cualquier enlace covalente).

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Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería El primer tipo de enlace es el iónico, este se da cuando interactúan dos elementos de diferente tipo, esto es un elemento metálico con un no metálico y se caracteriza principalmente por la transferencia de electrones, donde el elemento metálico tiende a ceder sus electrones de valencia al elemento no metálico. De ésta manera se forma un catión metálico y un anión no metálico. El ejemplo más representativo de éste enlace es el NaCl, dónde el sodio por ser un elemento metálico cede su electrón de valencia al cloro que es un elemento no metálico. Otros ejemplos de este tipo de enlace es el fluoruro de litio (LiF), el óxido de manganeso (MgO), el ioduro de potasio (KI), etc. En la siguiente imagen podemos apreciar el enlace iónico presente en el cloruro de sodio:

Imagen 1: El cloro y el sodio tienen electronegatividades diferentes, la diferencia de estas es de 2.1, por lo que al ser mayor a 1.7 produce un enlace iónico.

Los enlaces iónicos son los más fuertes que existen, sin embargo, no forman moléculas verdaderas, existen como un aglomerado o agregado de iones (cationes y aniones) formando entre si redes cristalinas que resultan ser sólidas. Algunas propiedades de las sustancias iónicas son sus puntos altos de fusión y ebullición, su gran dureza, su solubilidad en agua (y en disolventes polares) y su conducción de electricidad al ser disueltas en la misma. Los compuestos iónicos resultan ser muy estable debido a la atracción entre los iones de carga opuesta. Esta atracción que mantiene unidos a los iones libera energía y ocasiona la formación de las redes cristalinas. “La energía liberada […] compensa en gran medida la naturaleza endotérmica de las energías de ionización presentes lo que conlleva a que la formación de compuestos iónicos sea un proceso exotérmico” (Brown, 2014: 292).

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Imagen 2: Representación de las redes cristalinas en el compuesto NaCl.

Muchas sustancias químicas no presentan las características de los compuestos iónicos. La mayoría de estas sustancias están en contacto directo con el ser humano y en su vida diaria como el agua o la gasolina. Para éstas sustancias o compuestos es necesario otro tipo de enlace que se adecue a la perfección a las propiedades que presentan. El enlace que manifiestan dos elementos no metálicos es el covalente. En este, los átomos partícipes no ganan ni pierden electrones sino que comparten uno o más pares de electrones. Los no metales pueden estar unidos por enlaces sencillos, dobles o triples y dependiendo de la naturaleza de los no metales el enlace puede clasificarse en covalente polar, covalente no polar o covalente coordinado. Las propiedades más generales de los compuestos unidos por enlaces covalentes son: mala conducción del calor y la electricidad, puntos de fusión y ebullición relativamente bajos, pueden presentarse en cualquier estado de la materia, son solubles en disolventes no polares como el benceno o el tetracloruro de carbono e insolubles en solventes polares como el agua. Como se menciona, el enlace polar se divide en tres tipos. Primeramente, el enlace covalente polar se forma cuando se unen dos o más no metales diferentes, por lo que su diferencia de electronegatividades es mayor a 0.4 pero menor a 1.7. En este enlace “los electrones pasan más tiempo alrededor de un átomo que del otro” (Chang & Goldsby, 2013: 382). Este reparto desigual de electrones crea un desplazamiento de la densidad electrónica hacia el elemento más electronegativo por lo cual existe una distribución asimétrica de la nube electrónica del enlace. Un ejemplo de éste tipo de enlace es el que se da entre el hidrógeno y el cloro para formar HCl. En la imagen se observa como la densidad electrónica se desplaza hacia el cloro, quedando una carga parcialmente negativa en el elemento más electronegativo.

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Imagen 3: El enlace H-Cl es polar debido a que queda una densidad de carga negativa sobre el Cl, y una densidad de carga positiva sobre el H (representadas con la letra delta con signos contrarios).

Otros ejemplos de compuestos en los que se da el enlace covalente son el agua (H 2O), el ioduro de hidrógeno (HI), el sulfuro de hidrógeno (H2S), entre otros. En todos estos se produce un dipolo, cuya magnitud está dada por el momento dipolar. Este momento dipolar es causado por la distribución no uniforme de la densidad electrónica. A su vez existe el enlace no polar, en el cual los pares de electrones que se comparten entre los átomos lo hacen de manera equitativa; por lo que la densidad electrónica se distribuye de manera simétrica. En el enlace no polar, la diferencia de electronegatividades es menor a 0.4 o igual a 0. El momento dipolar en un compuesto no polar siempre es igual a 0. Ejemplos de compuestos con este enlace son el Cl2, el O2, el I2 , el N2, entre otros.

Imagen 4: Estructuras de Lewis de algunos compuestos no polares.

En la siguiente imagen se puede identificar la diferencia entre los enlaces polares y no polares; dónde su orientación de forma simétrica anula el momento dipolar del otro dando lugar a un enlace covalente no polar, a diferencia del covalente polar, cuya densidad electrónica se desplaza hacia el elemento más electronegativo.

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Imagen 5: Compuestos con enlaces polares y no polares.

Por otro lado, tenemos también el enlace covalente coordinado o dativo, donde uno de los átomos unidos suministra todos los electrones compartidos. En el enlace de coordinación los átomos que donan el electrón para formar un enlace se denomina como átomo dador, mientras que el que acepta el par de electrones para unirse se llama aceptor. Este enlace se da entre no metales. Uno de los ejemplos más representativos de este tipo de enlace es el ion amonio, el cual se forma por la combinación de una molécula de amoniaco y un protón proveniente de un ácido.

Imagen 6: Ion amonio, donde el enlace coordinado está representado por una flecha que parte del átomo dador al átomo aceptor.

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Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería Los elementos metálicos, al igual que los no metales, pueden formar enlaces entre sí. A este tipo de unión se le conoce como enlace metálico. “Es propio de los metales y de sus aleaciones y se caracteriza por la presencia de un enrejado cristalino que tiene nodos cargados positivamente y una nube electrónica que permite la conducción de la corriente eléctrica y el calor” (Aguilar, 2008: 41). En este enlace todos los átomos partícipes pierden los electrones de sus capas más externas y estos se trasladan “libremente” formando un “mar de electrones” (nube electrónica). El enlace metálico explica muchas de las propiedades de los metales como la dureza, la maleabilidad, su ductilidad, la conducción de calor y electricidad y su brillo. Los átomos de los metales se unen de forma compacta creando estructuras tridimensionales. El enlace metálico solo puede presentarse en sustancias en estado sólido.

Imagen 7: Los enlaces metálicos son la atracción electroestática entre los cationes del metal y los electrones deslocalizados.

Actualmente existen dos modelos que explican el enlace metálico, uno de ellos es la nube de electrones, el cual es un modelo muy simple que sirve para identificar e interpretar muchas de las propiedades de los metales sin embargo presenta algunas limitaciones. El otro modelo es el de la teoría de las bandas, el cual resulta más elaborado y se basa en la teoría de los orbitales moleculares.

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Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería Los enlaces químicos constituyen una parte importante en el estudio de la materia. Comprender cada uno de estos enlaces nos permite identificar diversas propiedades de los compuestos y cómo interactúan ante ciertos elementos. Sin los enlaces químicos todo lo que conocemos sería de otra forma o incluso inexistente. Es gracias a ellos que la materia interactúa entre sí y crea diferentes compuestos con los que estamos en constante contacto. Sin duda, aún nos queda un largo camino por recorrer en el área de la química, sin embargo cada paso que se da y cada descubrimiento que se hace nos abre las puertas a nuevas áreas del conocimiento que nos permitirán crecer como sociedad y retribuir a la naturaleza un poco de todo lo que nos proporciona. Referencias: Aguilar, C. (2011). Guía para la unidad de aprendizaje de Química I. México: Instituto Politécnico Nacional. Brown, T., Lemay, H., Murphy, K., Bursten, B., & Woodward, P. (2014). Química: La ciencia central. (12a Ed.). México: Pearson. Chang, R. & Goldsby , K. (2013). Química. (11aEd.). México: McGraw Hill Education. EcuRed. (2012). Enlace Metálico. Recuperado el 23 de Octubre de 2019 desde https://www.ecured.cu/Enlace_met%C3%A1lico Hein, M. Arena, S. (1997). Fundamentos de Química. México: Thomson Editores. Whitten K., Davis, R., Peck, L., Stanley, G. (2015). Química. México, DF: Cengage Learning.

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