ENLACE QUÍMICO.

¿COMO SE FORMAN LOS COMPUESTOS QUÍMICOS EXISTENTES EN LA NATURALEZA?

R/=

Los compuestos químicos que son una sustancia formada por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica en la naturaleza se forman por medio de enlaces químicos que son aquellos que se encargan de la unión de dos o más átomos con un solo fin, alcanzar la estabilidad en los compuestos químicos para así tratar de parecerse al gas noble más cercano. Para la mayoría de los elementos se trata de completar ocho electrones en su último nivel; así mismo podemos decir que los enlaces químicos toman todos aquellos factores de la naturaleza para así formar los distintos tipos de compuestos quimicos y mezclas como lo son los arboles,las rocas y los seres humanos entre otros.

por ejemplo,el agua es un compuesto formado por hidrógeno y oxígeno en la razón de 2 a 1 (en número de átomos): H2O.

preguntas y respuestas:

 1.    ¿Qué entiendes por enlace químico?

R/=

En química, un dato experimental importante es que sólo los gases nobles y los metales en estado de vapor se presentan en la naturaleza como átomos aislados, en la mayoría de los materiales que nos rodean los elementos están unidos por enlaces químicos.

Enlace significa unión, un enlace químico es la unión de dos o más átomos con un solo fin, alcanzar la estabilidad, tratar de parecerse al gas noble más cercano. Para la mayoría de los elementos se trata de completar ocho electrones en su último nivel.

Las fuerzas atractivas que mantienen juntos los elementos que conforman un compuesto, se explican por la interacción de los electrones que ocupan los orbitales más exteriores de ellos (electrones de valencia).

Cuando dos átomos se acercan se ejercen varias fuerzas entre ellos. Algunas de estas fuerzas tratan de mantenerlos unidos, otras tienden a separarlos.

En la mayoría de los átomos, con excepción de los gases nobles (muy estables, con su última capa o nivel de energía completo con sus ocho electrones), las fuerzas atractivas son superiores a las repulsivas y los átomos se acercan formando un enlace.

Así, podemos considerar al enlace químico como la fuerza que mantiene unidos a dos o más átomos dentro de una molécula.

Todos los enlaces químicos resultan de la atracción simultánea de uno o más electrones por más de un núcleo.

      2. ¿Identifique y defina las propiedades que debe tener todo enlace químico para su formación?

R/=

 las propiedades generales del enlace químico para su formación son:

·         Energía de disociación de enlace:

En química, la energía de disociación de enlace, D₀, es una medida de la fuerza de enlace en un enlace químico. Se define como el cambio de entalpía estándar cuando se rompe un enlace por homólisis, con los reactivos y productos de la reacción de homólisis a 0K (cero absoluto). Así, la energía de disociación de enlace de uno de los enlaces C-H en el etano(C₂H₆) está definido por el proceso:

CH₃CH₂-H → CH₃CH₂ + H

D₀ = ΔH = 101,1 kcal/mol (423.0 kJ/mol).

·         Energía de enlace:

La energía de enlace es la energía total promedio que se desprendería por la formación de un mol de enlaces químicos, a partir de sus fragmentos constituyentes (todos en estado gaseoso). Alternativamente, podría decirse también que es la energía total promedio que se necesita para romper un mol de enlaces dado (en estado gaseoso).

·         Geometría molecular:

La geometría molecular o estructura molecular se refiere a la disposición tridimensional de los átomos que constituyen una molécula. Determina muchas de las propiedades de las moléculas, como son la reactividad, polaridad, fase, color, magnetismo, actividad biológica, etc. Actualmente, el principal modelo de geometría molecular es la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TRePEV), empleada internacionalmente por su gran predictibilidad.

Por definición, los átomos en las moléculas suelen estar unidos unos a otros con enlaces covalentes, que pueden ser simples, dobles o triples, donde un "enlace" es un par de electrones compartidos entre átomos vecinos. Otro método de unión entre átomos se denomina enlace iónico en el que intervienen cationes positivos y aniones negativos, sin que se formen moléculas sino redes iónicas.

La geometría molecular puede ser especificada en términos de longitud de enlace, ángulo de enlace y ángulo torsional. 

·         Fuerza de enlace:

En química, la fuerza de enlace se mide entre dos átomos unidos en un enlace químico. Es el grado en el que cada átomo unido al átomo central contribuye a la valencia del átomo central. La fuerza de enlace está íntimamente ligada al orden de enlace.

La fuerza de un enlace puede ser cuantificada por:

·         energía de enlace: requiere largos cálculos, incluso para los enlaces más simples.

·         energía de disociación de enlace

·         entalpía estándar de reacción

Otro criterio de fuerza de enlace es la relación cuantitativa entre las energías de enlace y el traslape de los orbitales atómicos de los enlaces de Pauling y Mulliken.

·         Longitud de enlace:

En geometría molecular, la longitud de enlace o distancia de enlace es la distancia media en el tiempo entre los núcleos de dos átomos unidos mediante un enlace químico en una molécula

La longitud de enlace se relaciona inversamente con el orden de enlace, y crece con los radios de los átomos que se enlazan. Cuanto mayor es el orden de enlace entre dos átomos determinados, menores serán las longitudes de enlaces que ellos forman.

·         Momento dipolar de enlace:

El momento dipolar de enlace o momento de enlace usa la idea del momento dipolar eléctrico para medir la polaridadde un enlace químico dentro de una molécula. El dipolo de enlace, μ, está dado por:

El dipolo de enlace está modelado como +δ — δ-, con una distancia d entre las cargas parciales +δ y -δ. Es un vector, paralelo al eje de enlace, apuntando desde la menos hasta el más, como está convenido para los vectores momento dipolar eléctrico. (Algunos químicos dibujan el vector en la otra forma, apuntando del positivo al negativo, pero sólo en situaciones donde la dirección no importa.) Este vector puede ser interpretado físicamente como el movimiento efectuado por los electrones cuando los dos átomos se colocan a la distancia d uno del otro, y se les permite interactuar; los electrones se moverán de sus posiciones de libre estado para estar localizados más cerca al átomo más electronegativo.

·         Momento dipolar químico:

Se define como momento dipolar químico (μ) a la medida de la intensidad de la fuerza de atracción entre dos átomos. Es la expresión de la asimetría de la carga eléctrica en un enlace químico. Está definido como el producto entre la distancia "d" que separa a las cargas (longitud del enlace) y el valor de las cargas iguales y opuestas en un enlace químico:

Usualmente se encuentra expresado en Debyes (1 D = 1 A . 1 ues). El valor de q puede interpretarse como el grado de compartición de la carga, es decir, según las diferencias de electronegatividad, que porcentaje (100q) de la carga compartida por el enlace covalente está desplazada hacia la carga en cuestión. Dicho de otro modo, q representa qué parte de un electrón está siendo "sentida" de más o de menos por las cargas en cuestión.

·         Orden de enlace:

Es el número de enlaces existentes entre un par de átomos. Por ejemplo, en el nitrógeno molecular, N≡N, el orden de enlace es 3, en el acetileno, H-C≡C-H, el orden de enlace entre los dos átomos de carbono es 3 y el orden de enlace C-H es 1. El orden de enlace da una indicación de la estabilidad del enlace. En un contexto más avanzado, el orden de enlace no necesita ser un número entero. Un buen ejemplo es los enlaces entre átomos de carbono en la molécula de benceno, donde los orbitales moleculares des localizados contienen 6 electrones pi sobre los seis átomos de carbono, constituyendo esencialmente medio enlace pi. Junto con el enlace sigma, el orden de enlace es 1,5. Más aún, pueden surgir órdenes de enlace de, por ejemplo, 1,1, en escenarios complejos, refiriéndose esencialmente a la fuerza del enlace relativa a los enlaces con orden 1.

En la Teoría de los orbitales moleculares, el orden de enlace entre dos átomos se define como la semidiferencia entre el número de electrones enlazantes y el número de electrones antienlazantes. El orden de enlace es también un índice de la fuerza de enlace y es usado extensivamente en la teoría del enlace de valencia.

Estas son las propiedades de los distintos tipos de enlaces:

·         Enlace iónico:

Se forma cuando se ponen en contacto, en las condiciones adecuadas, elementos de electronegatividad muy diferentes, se produce una cesión de electrones del elemento menos electronegativo al más electronegativo y se forman los respectivos iones positivos y negativos. Este tipo de enlace suele darse entre elementos que están a un extremo y otro de la tabla

Características:

Ø   Gran diferencia de electronegatividad

Ø  Carga pequeña de los iones

Ø  Catión grande (ion positivo) y anión (ion positivo) pequeño

Propiedades físicas:

Ø  Son sólidos cristalinos de elevada temperatura de fusión porque hace falta mucha energía para liberar unos iones de la atracción de los otros y destruir la estructura cristalina

Ø   

En estado solido los iones no conducen la electricidad porque los iones están en posiciones fijas.

Ø  Por la misma intensidad de atracción son duros

Ø  Son solubles en disolventes polares (agua ejemplo)

·         Enlace covalente:

Ø  Se forma por Teoría del enlace de valencia.

Ø  La teoría supone que un enlace covalente se forma cuando en una zona del espacio se superponen dos orbitales atómicos cada uno de los cuales tenia un único electrón (desapareado).Como los dos electrones pertenecen ahora a los dos orbitales indistintamente, estarán apareados y tienen que tener sus spines anti paralelos para cumplir el principio de Pauli.

Ø  Es posible formar un enlace covalente por intersección de un orbital lleno (2 electrones) con un orbital vacio. El enlace formado de esta particular manera se denomina enlace covalente dativo o covalente coordinado

Propiedades físicas:

Ø  Pueden existir, en condiciones ambiente, en los estados gaseoso, líquido y sólido. Cuando se presentan en estado sólido, poseen puntos de fusión y ebullición más bajos, comparados con los de las sustancias iónicas o metálicas.

Ø  Algunas son solubles en agua, otras son solubles en solventes orgánicos y otros aún, son solubles en ambas.

Ø  Normalmente, no son conductoras de electricidad, ni siquiera puros, ni aún disueltos en agua. La excepción a esta regla ocurre en el caso de los ácidos, que cuando están en solución, conducen la corriente eléctrica.

·         Enlace metálico:

En estado solido se presentan en redes de átomos con un empaqueta- miento muy elevado. Cada átomo esta rodeado de otros 8 átomos o más.

A pesar de ello, los metales disponen de pocos electrones en su capa de valencia.

Ø  Teoría de valencia o teoría de deslocalización

Los metales no pueden formar enlaces covalentes localizados por falta de electrones. Por tanto, los enlaces tienen que estar des localizados. De esta manera los electrones no están sujetos a un par concreto de átomos de la red, sino que se pueden mover libremente sirviendo de unión móvil

Ø  Teoría de los electrones libres

Este modelo supone que todos los atamos del metal están ionizados por la perdida de sus electrones de valencia. La fuerza neta de todos los núcleos sobre estos electrones de valencia es cero y por tanto puede moverse de una región a otra del cristal.

Ø  Teoría de las bandas de energía

Según la teoría de orbital molecular, los electrones que forman los enlaces están situados en orbitales que se forman a partir de los orbitales atómicos .Cuando se trabaja con un alto numero de orbitales al conjunto se le considera banda de energía en vez de tratarlos individualmente.

Propiedades físicas:

Ø   Buenos conductores de calor y electricidad

Ø  La mayoría se presenta en estado sólido

Ø  La mayoría posee puntos de fusión y ebullición elevados

Ø  Poseen brillo característico.

      3. ¿Qué diferencia encuentras entre número de oxidación y valencia de un elemento?

R/=

El número de oxidación o estado de oxidación es la carga total asignada a un átomo dentro de un compuesto, y se calcula como la diferencia entre el número de protones y el de electrones asignados al átomo. Puesto que el número de protones de un átomo es fijo, este número nos dará la cantidad de electrones libres que tienen el átomo en la última capa. Es un número que puede ser positivo o negativo. 

La valencia o número de valencia es el número de electrones que comparte un átomo en un enlace iónico o covalente. Es un concepto en desuso, más apropiado para compuestos covalentes, y que nos indica el número de enlaces o uniones iónicas que puede formar en un momento dado un átomo. Es un número que siempre es positivo. 

Ambos conceptos tienden a confundirse porque están relacionados con el enlace químico. Se utilizan para explicar la proporción en que los distintos átomos reaccionan para formar compuestos. En general, el número de oxidación es la valencia con el signo positivo o negativo según tome o ceda electrones en el enlace. 

La principal diferencia es:

La valencia: es un número entero, sin ningún signo y corresponde a la cantidad de electrones del último nivel energético.

El estado de oxidación: si tiene signo, puede ser positiva cuando un elemento pierde ẽ (electrones), cargando negativamente. 

Ejemplo:

Ø  El sodio tiene 11 protones en el núcleo deberá tener 11 electrones en la envoltura; el cloro tiene 17 protones en el núcleo y 17 electrones en la envoltura.

Ø  El OXIGENO al formarse el PEROXIDO DE HIDROGENO presenta valencia DOS mientras que su número de oxidación es -1; su fórmula es H2O2 y puede representarse con una estructura en donde se aprecia que cada Oxígeno solo emplea un electrón para unirse al Hidrógeno quien sería el átomo diferente; aún sin embargo son dos los enlaces que forma. 

      4. ¿Cuales son los diferentes tipos de enlaces que existen defínalos y de ejemplos?

R/= hay dos tipos de enlaces que son los intramoleculares y los intermoleculares:

 Los intramoleculares se dividen en: 

·         Enlace Iónico:

Los enlaces iónicos ocurren generalmente entre un elemento muy electronegativo, como un no metal con otro elemento poco electronegativo como un metal.

Los no metales, debido a su elevada electronegatividad, al enlazarse iónicamente con los metales, adquieren carga eléctrica negativa.

Átomos con exceso de electrones, o sea, con carga eléctrica negativa son llamados aniones. Ya, los metales, en el enlace iónico, adquieren carga eléctrica positiva debido a la perdida de uno o más electrones.

Átomos que cedieron electrones, o sea, adquirieron carga eléctrica positiva, son llamados cationes.

Ejemplo:

Ø  Un ejemplo de compuesto iónico, está, ciertamente en nuestras cocinas. Se trata del cloruro de sodio, popularmente conocido como sal de mesa. Esta sal esta compuesta por dos elementos, un metal, el Sodio y un no metal, el Cloro.

Ambos elementos por medio del enlace iónico, adquieren una estabilidad energética, la cual es explicada por la regla del octeto. La regla dice que los átomos con excepción del hidrógeno, adquieren estabilidad al poseer ocho electrones en su última capa.

·         Enlace Covalente:

Si en los enlaces iónicos existía la donación de electrones, en los enlaces covalentes ocurre el compartimiento de electrones entre los átomos que establecen el enlace.

Esto ocurre entre átomos que poseen poca diferencia de electronegatividad. En este tipo de enlaces, hay dos tipos de situaciones.

La primera es cuando los átomos que constituyen el enlace son iguales. En este caso, decimos que el enlace es covalente apolar, o sea, sin polos, pues ambos átomos atraen igualmente los electrones del enlace, no existiendo polaridad.

La segunda es, cuando los átomos que constituyen el enlace son diferentes. En este caso, decimos que ella es covalente polar, o sea, ocurre la formación de polos, pues los átomos debido a la electronegatividad diferente entre ellos, atraen de forma diferente los electrones constituyentes del enlace.

Las propiedades físicas de los compuestos moleculares se deben no solo al enlace covalente entre los átomos, como también al tipo de interacción entre sus moléculas.

Ejemplo:

Ø  Un ejemplo de compuesto covalente apolar es el oxígeno, presente en el aire que respiramos, disuelto en el agua de los ríos y mares en los cuales los peces respirar y en el proceso de combustión de la parafina de una vela.

Ø  Un ejemplo de compuesto covalente polar es el monóxido de dihidrógeno, conocido popularmente como agua. Considerada un solvente universal, el agua corresponde al 70% en masa de nuestro cuerpo. Ella debería ser un gas, pero debido a la fuerte interacción entre sus moléculas, conocida por “enlace de hidrógeno”, en temperatura y presión ambientes, su estado físico es líquido.

·         Enlace Metálico:

Los metales de un modo general son poco electronegativos, no ejerciendo por tanto, una atracción muy fuerte sobre los electrones de la última capa. Debido a esta característica, el enlace metálico se constituye por la configuración de retículos cristalinos, perfectamente definidos, formados por cationes de carga eléctrica positiva que son neutralizados por electrones, los cuales, en este caso, estarán presos a los átomos más libres, lo que explica gran parte de las propiedades de los metales.

Ejemplo:

Ø  Un ejemplo de compuesto metálico, puede ser el oro, que es un metal noble, muy valorizado en el mercado. El es generalmente comercializado en la forma de mezcla con otros compuestos, mezcla que, en los metales tiene el nombre de aleación.

Ø  El oro 18 kilates por ejemplo, es una aleación de 18 partes de oro y 6 partes de otros metales, representando así 75% de oro y 25% de plata, cobre o bronce. La utilización de la aleación del oro con otros metales, se debe al hecho de que el oro puro (24 kilates) es demasiado blando y eso lo hace inadecuado para la producción de una joya cualquiera.

Y los intermoleculares de dividen en: 

·         Puente de hidrogeno:

Es una atracción que existe entre un átomo de hidrógeno(carga positiva) con un átomo pequeño muy electronegativo, como flúor(F), oxígeno (O) o nitrógeno (N) ( F-H, O-H, N-H ), que posee un par de electrones libres (carga negativa), de ahí el nombre de "enlace de hidrógeno", que no debe confundirse con un enlace covalente a átomos de hidrógeno). Un puente de hidrógeno es en realidad una atracción dipolo-dipolo entre moléculas que contienen esos tres tipos de uniones polares.

Este tipo de atracción tiene solamente una tercera parte de la fuerza de los enlaces covalentes, pero tiene importantes efectos sobre las propiedades de las sustancias en que se presentan, especialmente en cuanto a puntos de fusión y ebullición en estructuras de cristal.

Ejemplo:

Ø  Por ejemplo el agua, es una de las substancias que presenta este tipo de enlaces entre sus moléculas. Una molécula de agua se forma entre un átomo de Oxigeno con seis electrones de valencia (sólo comparte dos y le quedan dos pares de electrones libres) y dos hidrógenos con un electrón de valencia cada uno (ambos le ceden su único electrón al oxígeno para que complete el octeto).

·         Fuerzas de van der waals:

 Son fuerzas de estabilización molecular; forman un enlace químico no covalente en el que participan dos tipos de fuerzas o interacciones, las fuerzas de dispersión (que son fuerzas de atracción) y las fuerzas de repulsión entre las capas electrónicas de 2 átomos contiguos.

Ejemplo:

• Un ejemplo es que las moléculas de yodo se agrupen hasta tal punto que el yodo es un compuesto sólido, siendo sus homólogos, compañeros de grupo,  gaseosos. Aunque hay que decir que su sublimación es facilísima: romper fuerzas de Van der Waals no requiere mucho esfuerzo.

·         Interacciones dipolo-dipolo:

La interacción dipolo-dipolo es la observada entre un dipolo positivo de una molécula polar con el dipolo negativo de otra. En los enlaces covalentes polares, el átomo con mayor electronegatividad atrae los electrones  hacia sí, formándose un dipolo negativo en torno al mismo. En el átomo con menor electronegatividad, el dipolo formado es de carga positiva, ya que cede parcialmente sus electrones.  Las atracciones electrostáticas entre dipolos de carga contraria, de diferentes moléculas son las llamadas interacciones dipolo-dipolo.

Existen varios tipos de interacción dipolo-dipolo:

Interacción dipolo permanente. Es el que ocurre entre dos moléculas cuyos enlaces son covalentes polares, es  decir, que forman dipolos por diferencia de electronegatividad entre sus átomos.

Interacción dipolo inducido.  Se produce cuando en moléculas no polares, el dipolo es inducido, por ejemplo mediante un campo eléctrico.

Ejemplos:

Ø  Un ejemplo puede ser el de las moléculas de cloruro de bromo. Las interacciones dipolo-dipolo se representan con líneas punteadas.

· Fuerzas hidrofobicas-hidrofilicas:

Comúnmente se dice que una sustancia es hidrofóbica cuando no es miscible con el agua. Desde el punto de vista químico, las moléculas de la sustancia hidrofóbica no son capaces de interactuar con las moléculas de agua, ni por puentes de hidrógeno ni mediante interacciones ion-dipolo.

Ejemplo:

Ø  Uno de los ejemplos mas frecuentes de sustancias hidrofóbicas son los hidrocarburos saturados. Al hidratar solutos hidrofóbicos las moléculas de agua pasan a estar unidas por enlaces de hidrógeno y sin estructura fija, formando pentágonos y  hexágonos que “encierran” en una especie de “jaula” los dominios y estructuras más apolares.

Ø  Otro ejemplo más común es del agua y el aceite.

MAPA CONCEPTUAL.

ACTIVIDAD A REALIZAR.

Los números atómicos de tres elementos A, B y C son, respectivamente,

Z - 1, Z y Z +1. Sabiendo que el elemento B es el gas noble que se encuentra en el tercer periodo (argón), responda razonadamente a las cuestiones:

a) ¿Cuál es el estado de oxidación más probable de los elementos A y C? ¿Qué tipo de enlace se establecerá cuando reaccionen entre sí estos dos elementos?

b) ¿Qué tipo de enlace se establece entre los compuestos que se forman cuando los elementos A y C reaccionan (por separado) con el oxígeno (Z =8)?

SOLUCIÓN.

a) Como B es un gas noble y corresponde a Z, A (Z -1) será un elemento del grupo 17-halógenos y C (Z +1) será un elemento del grupo 1- alcalinos. Como B es el Ar (argón), A será el Cl (cloro) y C será el K (potasio). Con esta información podemos saber que el estado de oxidación más probable para C (K), que es un alcalino, con configuración electrónica n s1, será +1, ya que tiende a perder un electrón para quedarse con configuración de gas noble. El A (Cl), que es un halógeno, tendrá como configuración de última capa ns2 np5 y su estado de oxidación más probable será -1, ya que de esa manera gana un electrón para alcanzar configuración de capa completa. Cuando ambos reaccionen entre sí, el C (K) cederá un electrón al A (Cl) y formarán una red iónica de fórmula CA (KCl), estableciéndose un enlace iónico.

b) Su reacción con el oxígeno será distinta, ya que el A (no metal) reaccionará con el oxígeno (no metal) para conseguir el octete electrónico mediante la compartición de pares de electrones (enlace covalente), y llegando a tener un estado de oxidación entre +1 y +7. Por su parte, el C (metal) reaccionará con el oxígeno (no metal), dando lugar de nuevo a una red iónica en la que el enlace se forma por cesión de electrones del metal al no metal. En este caso concreto, dos átomos de C ceden cada uno un electrón al O, consiguiendo todos una configuración estable.

webgrafia.

• http://es.wikipedia.org/wiki/Categor%C3%ADa:Propiedades_del_enlace_qu%C3%ADmico

• http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/propiedades-de-los-enlaces-quimicos

• https://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20081020204412AAKyR6p

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• http://genesis.uag.mx/edmedia/material/qino/T6.cfm

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• http://www.educaquimica.com/index.php?option=com_content&view=article&id=711&Itemid=439

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• http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/metalico.htm

• http://www.textoscientificos.com/quimica/enlaces-quimicos

• http://www.afinidadelectrica.com/articulo.php?IdArticulo=83

NICOLAS GRUESO A. 

10-6.

16-08-2014.

ASIGNATURA: QUÍMICA.
PROF: PATRICIA ALEGRÍA.