Para qué y por que se unen

Uniones químicas

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¿PARA QUÉ Y POR QUE SE UNEN (enlazan) LOS ÁTOMOS ?
Millones de materiales diferentes
La palabra materiales se usa generalmente para referirse a las cosas más
diversas, desde las fibras con las que están confeccionadas nuestras ropas
hasta el cemento, el hierro y la madera utilizados en la construcción. Todos
ellos están formados por átomos, pero, según su composición, los materiales
pueden ser mezclas o sustancias (también llamadas sustancias puras). Las
mezclas se pueden separar por métodos mecánicos (filtración, decantación,
evaporación, etc) en cambio las sustancias, no.
Las sustancias puras, que están formadas por átomos del mismo
elemento, caracterizado por su número atómico y su símbolo, también se
llaman sustancias simples. En estas los átomos pueden estar combinados,
como en el oxígeno, en el que están unidos de a dos (O2), o en el azufre, en el
que se unen de a ocho átomos (S8).
Cuando un material es una sustancia en la que hay átomos de dos o más
elementos (o sea átomos diferentes) combinados de una manera bien definida
y en proporciones constantes-como el agua: dos átomos de hidrógeno y uno de
oxígeno (H2O), o el cloruro de sodio: igual número de átomos de sodio y de
cloro (NaCl)-, se trata de un compuesto o sustancia compuesta. Cada
compuesto tiene su propia fórmula, así como cada sustancia simple tiene su
propio símbolo.
Por lo tanto, ¿puedes decir para qué se unen o enlazan los
átomos?.................................................................................................................
...............................................................................................................................
¿Por qué se enlazan los átomos?
Lo hacen porque siguen la tendencia a llegar al estado de energía mínima
(más estable). Cuando dos átomos se unen para formar un enlace estable, se
libera una cierta cantidad de energía que se denomina energía de enlace.
Si dos átomos chocan uno contra el otro, se pueden producir dos situaciones,
si juntos conforman un sistema más estable (con menor energía potencial),
quedan unidos de alguna manera. Si juntos conforman un sistema menos
estable (con mayor energía potencial), se separan y cada uno prosigue su
camino.
Esto quiere decir que: los átomos por separado tenían cierta cantidad de
energía, que es mayor a la que poseen cuando se encuentran unidos, por
ende, al unirse ese exceso de energía se libera.
Son los electrones del último nivel los que dan las características químicas y
que intervienen en forma directa en la formación de los enlaces químicos.

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Por lo tanto decimos que:

Denominamos unión química a la fuerza que actúa entre dos o más
átomos, con intensidad suficiente como para mantenerlos juntos en una
especie diferente (molecular o no). Dicha unión tiene lugar siempre y cuando
la especie formada sea más estable que los átomos que la constituyen,
considerados individualmente.

Lewis y Kossel, observaron que los gases inertes o nobles -cuya
configuración electrónica externa, salvo el helio, contiene ocho electrones-no
se combinaban con otras sustancias. Por esta razón, postularon que un átomo
se une a otro si como resultado del enlace logra obtener la configuración
electrónica del gas inerte más cercano. Con esta regla fue posible explicar y
representar las uniones de la gran mayoría de los elementos representativos.
Además, en el año 1816, intentando explicar la naturaleza de las uniones
químicas, enunciaron que un átomo se une a otro si en ese proceso puede
ocho electrones su último nivel de energía. Si bien este postulado, la Regla
del Octeto, presenta algunas limitaciones, le permitió al mismo Lewis
representar las uniones químicas mediante esquemas muy sencillos. Por
ejemplo:


TIPOS DE ENLACES INTERATÓMICOS
Las uniones entre los átomos (interatómicas) pueden ser de tres tipos,
dependiendo de la clase de átomos que se unan:
Metales (de los grupos 1 y 2 y el Al) con no metales (de los grupos 16
y 17 y el H), lo hacen a través del ENLACE IÓNICO
No metales con no metales, lo hacen a través del ENLACE
COVALENTE
Metales con metales, lo hacen a través del ENLACE METÁLICO .
Para representar las uniones químicas, se utilizan los símbolos de Lewis, que
consisten en colocar el símbolo del átomo y alrededor de éste, utilizando
puntos, cruces, etc, el número de electrones del último nivel. Por ejemplo:

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EL ENLACE IÓNICO
La sal de mesa, constituida principalmente por cloruro de sodio (NaCl), se
disuelve fácilmente en agua. Con la solución obtenida se podría cerrar un
circuito eléctrico, ya que este tipo de soluciones son conductoras de la
electricidad. Esta propiedad se explica considerando que esta sustancia está
formada por cationes sodio (Na
+
) y aniones cloruro (Cl
-
)., es decir por IONES.
¿Qué son los iones?
Se denomina ión a la especie química (átomo o conjunto de átomos) que
tiene carga eléctrica neta, adquirida por ganancia o pérdida de electrones.
Los iones pueden ser de carga positiva, llamados cationes; o de carga
negativa, llamados aniones.
Por ejemplo, si un átomo de sodio (Na) pierde un electrón (para parecerse al
inerte más cercano) queda con carga positiva, ya que tiene un exceso de
protones(+):
Na pierde su último electrón y se TRANSFORMA en Na
+
(catión)
11e- 11p+ 10e-, 11p+



Si un átomo de cloro (Cl) gana ese electrón perdido por el sodio, (para
parecerse al gas inerte más cercano), queda con carga negativa, ya que posee
un exceso de electrones(-):
Cl gana el electrón perdido por el Na y se TRANSFORMA en Cl
-
(anión)
17e-, 17p+ 18e-, 17p+

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Ambos iones cargados con carga diferente se unen porque hay atracción
ELECTROSTÁTICA
Resumen:
Na transfiere Cl entonces Na
+
Cl
11e-,11p+ 17e-,17p+



Entonces podemos decir que la unión iónica se basa en la transferencia
completa de uno o más electrones del metal al no metal, por lo que se
forman cationes y aniones que ejercen entre sí una gran fuerza de atracción
electrostática.
Debido a la fuerte atracción entre las cargas eléctricas de distinto signo que
se establece entre cationes y aniones, estas sustancias son sólidas a
temperatura ambiente y forman redes cristalinas tridimensionales, o
cristales, en las cuales se alternan los iones para lograr la máxima atracción
entre las cargas de diferente signo y la mínima repulsión entre las de igual
signo. Para ellos adoptan diferentes disposiciones espaciales.

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Propiedades de los compuestos iónicos
Las sustancias iónicas presentan altos puntos de fusión, ya que para
fundirlas es necesario romper las uniones químicas entre los iones. En estado
sólido no conducen la electricidad, pero si lo hacen fundidas—en estado
líquido-, o bien, como en el caso del cloruro de sodio, cuando se disuelve en
un solvente como el agua.
Estos compuestos no forman moléculas, sino cristales. Por ello las
sustancias iónicas se simbolizan mediante una fórmula que expresa la relación
numérica de los iones que componen el compuesto, por ejemplo: CaF2, esto
indica que hay dos iones F
-
por cada ión Ca
2+
; o en el cloruro de sodio, un ión
Cl
-
por cada ión Na
+
.

Actividades:
1) ¿Qué es un ión? ¿Cuántos tipos de iones se conocen y cómo se
denominan?

2) Aprendieron que hay átomos que tienden a ganar y otros a perder
electrones, en función de esto se define una propiedad: la
electronegatividad, como la tendencia de un átomo a atraer los
electrones en una unión química. La electronegatividad de un átomo se
define en función de otro átomo, por lo que no presenta valores absolutos ni
unidades. El químico estadounidense, Linus Pauling (1901-1994), premio
Nobel de Química y también premio Nobel de la Paz, propuso en 1930 una
escala de electronegatividades relativas para algunos átomos. Esta
información la encuentran en la Tabla Periódica, observándose que la
electronegatividad aumenta hacia arriba en un grupo y hacia la
derecha en un período. A partir de aquí responde:
a) ¿Cuál es el átomo más electronegativo de la Tabla? Y el menos
electronegativo?
b) Los átomos de los no metales en general, ¿son muy electronegativos o
poco electronegativos? ¿por qué?
c) Los átomos de los metales en general, ¿tienden a ganar o a perder
electrones? ¿Qué tipo de iones se obtendrá con ellos?.

3) ¿Por qué los compuestos iónicos son sólidos de alto punto de fusión?

4) ¿En qué condiciones un compuesto iónico puede conducir la corriente
eléctrica?

5) Escribe los símbolos de Lewis para los siguientes átomos: Be, Li, Br, H, Al.

6) Representa la unión que se da en los siguientes ejemplos:
a) CaF2
b) NaF
c) Na2O
d) LiH

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7) Un elemento X del grupo 1, reacciona con un elemento Y del grupo 16,
Señala las afirmaciones correctas:
a) X es un no metal
b) Y es un metal
c) La fórmula del compuesto es XY2. (Justifica)
d) El compuesto es iónico

EL ENLACE METÁLICO
En la naturaleza, la mayoría de los metales se encuentran formando
compuestos diversos que constituyen los minerales. Mediante el proceso
industrial denominado metalurgia se obtienen los metales libres, y luego
mezclas de estos con otros metales o no metales, llamadas aleaciones. A
causa de sus ventajosas propiedades, los metales están presentes en gran
cantidad de materiales fabricados por el ser humano. La estructura de las
sustancias metálicas las hace conductoras de la corriente eléctrica, ya que se
hallan dispuestas en redes cristalinas en las cuales los metales se presentan
como cationes rodeados de electrones que se mueven libremente alrededor de
ellos. Gracias al movimiento de los electrones, los metales también son
capaces de transmitir el calor. El aluminio, por ejemplo, es 300 veces más
conductor que un ladrillo común, por eso se fabrican ollas de cocina con este
material.
Redes metálicas
Las redes metálicas son muy estables, ya que existe gran atracción entre
los cationes metálicos (con cargas positivas) y los electrones (cargados
negativamente).

En la red metálica los cationes metálicos de disponen en capas, rodeados de
un “mar” de electrones. Al igual que los sólidos iónicos, en las redes metálicas
sus partículas pueden adoptar diferentes disposiciones espaciales.
Por esta razón, la gran mayoría de los metales son sólidos a temperatura
ambiente (el mercurio es una excepción a esta regla ya que es líquido). Salvo
el oro y el cobre, el resto de los metales son de color blanco-plateado, pero
todos tienen un brillo característico, como resultado de la facilidad de

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movimiento de los electrones. La luz incide en el metal, los electrones captan
esa energía y luego la devuelven en forma de brillo.
En cuanto a sus propiedades mecánicas, los metales son dúctiles, es decir,
pueden formarse con ellos hilos o alambres largos y finos, y maleables, porque
la disposición espacial en capas les permite ser transformados en hojas o
planchas delgadas. La dureza de los metales es muy variable, ya que
existen desde muy blandos (como el sodio) que pueden cortarse con una tijera,
hasta muy duros (como el cromo).
Salvo la plata, el oro, el cobre y el platino, que se encuentran en la naturaleza
como elementos y para obtenerlos puros sólo se necesita refinarlos, el resto de
los metales forman parte de os minerales y están presentes en compuestos
como óxidos, carbonatos, sulfatos, halogenuros o sulfuros.



Actividades:
1) ¿Cuáles son las principales propiedades de los metales? ¿Cuáles son
los metales que tienen las mayores densidades y los más altos puntos
de fusión y ebullición? Pueden examinar la tabla periódica.
2) ¿Qué propiedades de los metales se emplean en el uso de los
siguientes objetos: cables eléctricos, pavas de cocina, piezas de
orfebrería y artesanías, carrocerías de automóviles?

EL ENLACE COVALENTE
En la mayoría de los elementos no metálicos, los átomos al unirse forman
moléculas pequeñas, como el hidrógeno, el nitrógeno, el fósforo o el cloro.

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Cuando un átomo de un metal se une con un átomo de un no metal, el
primero le cede uno o más electrones al segundo. De esta manera cada átomo-
ahora como ión-alcanza la configuración electrónica de los átomos del gas
noble más cercano a cada uno. Pero si se unen dos no metales (del mismo o
de diferente tipo de átomo), como ambos tiene tendencia a captar electrones,
ninguno de ellos los cederá. Por eso cuando se unen dos átomos de no
metales, para que ambos se estabilicen, es dec ir, que alcancen la
configuración del gas inerte más cercano, tendrán que compartir uno o más
pares de electrones. Por ejemplo, veamos el caso del elemento cloro -un gas
irritante del aparato respiratorio, utilizado con fines bélicos en la Primera Guerra
mundial- que está constituido por moléculas biatómicas (su fórmula química es
Cl2), que se unen de la siguiente manera:

Cl + Cl Cl Cl

En resumen decimos que:
El enlace covalente tiene lugar entre no metales que comparten uno o
más pares de electrones, de tal forma que los átomos que participan del
enlace logren la configuración electrónica del gas inerte más cercano, y de esta
manera obtengan estabilidad.
Decimos que cuando los átomos se unen por enlaces covalentes, se obtienen
moléculas (grupos de átomos que actúan en conjunto como partículas
diferenciadas).

Los enlaces covalentes comunes o propiamente dichos, (ya que los pares de
electrones compartidos son aportados por los átomos que se unen), pueden
ser de tres clases:

 Enlace covalente simple: un par de electrones compartidos, por ejemplo
HCl

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 Enlace covalente doble: dos pares de electrones compartidos. Por
ejemplo O2



 Enlace covalente triple: tres pares de electrones compartidos. Por
ejemplo N2



Las estructuras que hemos utilizado para representar la unión, se llama
fórmula electrónica (se dibujan los electrones del último nivel, por ejemplo:
Cl Cl ), también utilizamos la fórmula molecular (Cl2 , N2, etc.), que
consiste en colocar el símbolo de los átomos y, como subíndice un número que
indica la cantidad de estos átomos que intervienen en el enlace; y otra manera

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de representar la unión es la fórmula desarrollada, que se caracteriza por
utilizar guiones para representar cada par de electrones compartidos: Por
ejemplo: Cl Cl , N N .

El átomo de Carbono tiene la particularidad de unirse con otros átomos del
mismo tipo, a través de uniones simples, dobles o triples y formar cadenas.
Por eso podemos encontrar moléculas de: C2H6 ; C2H2 ; C4H10 ; etc, que
forman parte de los que llamamos compuestos orgánicos, porque están
presentes en los seres vivos.

Actividades:
1) ¿En qué consiste el enlace covalente? ¿Entre qué tipos de átomos
ocurre?
2) ¿Qué diferencia existe entre el enlace covalente simple, doble y triple?
3) Representen con fórmulas de Lewis (electrónica), desarrolladas y
moleculares los siguientes ejemplos:
 Se unen dos átomos de Fluor
 Se unen dos átomos de Hidrógeno con uno de Oxígeno
 Dos átomos de Oxígeno se unen con uno de Carbono
 Un átomo de Carbono se une con cuatro átomos de Hidrógeno
 Se unen dos átomos de Carbono entre si y a su vez cada uno con tres
átomos de Hidrógeno
 Dos átomos de Carbono unidos entre si y a su vez cada uno con un
átomo de Hidrógeno.

Polaridad de enlaces y de moléculas
Cuando dos átomos diferentes se unen entre sí a través de una unión
covalente, formando una molécula biatómica, el átomo más electronegativo
atrae hacia sí el paro pares de electrones compartidos con mayor intensidad
que el otro átomo. Como resultado de ello, los electrones se acercan más al
átomo más electronegativo, por lo que se dice que sobre ese átomo se
establece una carga parcial (o una fracción de carga, o una zona de carga)
negativa, mientras que sobre el átomo menos electronegativo la carga parcial
es positiva. A este tipo de enlace se lo denomina polar, y los dos polos
formados constituyen un dipolo. Para esta clase de moléculas, como por
ejemplo HCl, un enlace polar genera una molécula polar, o en otras palabras,
un dipolo permanente; cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad
entre los dos átomos, más intenso resultará el dipolo.

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Por su parte, en toda molécula biatómica, formada por átomos de igual tipo,
como por ejemplo Cl2, como ambos átomos atraen hacia sí los electrones con
igual intensidad, no habrá separación de cargas. Por ello, estos enlaces son no
polares, y las moléculas resultan también no polares.
Cl Cl


Propiedades de las sustancias que presentan enlaces covalentes
 Pueden presentarse en tres estados de agregación: sólido, líquido y
gaseoso
 Los puntos de fusión y ebullición de los sólidos son relativamente bajos
(menores de 400ºC)
 Son malos conductores del calor y de la electricidad
 Su solubilidad se relaciona con la polaridad de sus moléculas. Las
sustancias polares como la sacarosa (azúcar común) serán solubles en
solventes polares como el agua, en cambio, las sustancias no polares,
como el yodo (I2), son solubles en solventes no polares como el
tetracloruro de carbono (CCl4).
 Los sólidos que forman redes covalentes (redes cristalinas
tridimensionales), por lo general son insolubles en todo tipo de
solventes, tienen elevados puntos de fusión y son malos conductores de
la electricidad. Ej: dióxido de silicio, diamante, grafito.

ACTIVIDAD INTEGRADORA
1) Contesten las siguientes preguntas:
a) ¿Cuáles son las unidades estructurales de los compuestos iónicos y
cuáles las de las sustancias covalentes?
b) ¿Qué es la electronegatividad de un átomo?
c) ¿Qué son las moléculas polares? Demuestra con un ejemplo
d) ¿Por qué cuándo se unen dos átomos iguales, la molécula es no polar?
e) ¿Qué tipo de redes forman los metales?

2) Marca la respuesta correcta:
a) ¿Cuál de las siguientes características no pertenece a los enlaces
covalentes?

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El enlace es de naturaleza electrostática
Se comparten pares de electrones externos
Se pueden realizar entre átomos de elementos iguales o
diferentes
Ninguna de las anteriores

b) Identifica el par de átomos que se unen por medio de enlaces
covalentes:
Plata y oxígeno
Potasio e hidrógeno
Azufre y oxígeno
Ninguna de las anteriores

c) El carbono y el oxígeno se mantienen unidos para formar el dióxido de
carbono (CO2), mediante enlaces de tipo:
Covalente doble
Covalente simple
Iónico
Ninguna de las anteriores

3) Busquen por lo menos un ejemplo de dos átomos que originan un
compuesto iónico donde ambos alcanzan la distribución electrónica del
mismo gas inerte. Utilicen las estructuras de Lewis para representarlos.

4) Observen las distribuciones electrónicas por niveles de los átomos de los
siguientes elementos, A; B; C y D y fundamenten la validez de las
siguientes afirmaciones:
A= 2-8
B= 2-8-7
C= 2-8-1
D= 2-8-2

a) Los átomos de los elementos A y B difícilmente puedan formar el
compuesto AB
b) Los elementos C y D son metales representativos y forman redes
metálicas
c) El elemento A es un gas inerte y difícilmente se combina con los
demás
d) El elemento B se presenta en la naturaleza formando una molécula
biatómica
e) Entre C y D puede darse un enlace iónico: el átomo C cede un
electrón, y el D lo acepta

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5) Representen mediante las estructuras de Lewis los siguientes ejemplos:
a) Bromuro de magnesio: MgBr2
b) Sulfuro de carbono: CS2
c) Yodo: I2
d) Agua: H2O
e) Fluoruro de sodio: NaF
f) Amoníaco: NH3

6) Dados los siguientes átomos: Ba, F, H, C y N, elijan…
a) …dos para escribir la fórmula de una sustancia de alto punto de fusión y
que no conduzca la corriente eléctrica al estado sólido
b) …dos para escribir con ellos la fórmula molecular de una sustancia
cuyas moléculas no sean dipolos permanentes
c) …uno o más para escribir con ellos la fórmula de una sustancia que
conduzca la corriente eléctrica al estado sólido