domingo, 12 de enero de 2014

Enlaces en los sólidos

Damián G.Jonathan A. 
El enlace químico se refiere a la unión entre dos o más átomos para formar una molécula de orden superior, por ejemplo una molécula o una estructura cristalina.
Se define como la fuerza de unión de los átomos debido a una transferencia total o parcial de electrones para adquirir una configuración electrónica que les permita formar una molécula estable.
Cuando los átomos se enlazan entre sí, ceden, aceptan o comparten electrones. Son los electrones de valencia quienes determinan de qué forma se unirá un átomo con otro y las características del enlace.
Clasificación de los enlaces químicos:
Las propiedades que presentan las diferentes sustancias están relacionadas con su tipo de enlace, por lo que podemos usar algunas propiedades para identificar el tipo de enlace que presentan: iónico, covalente o metálico.
Las propiedades físicas de un compuesto reflejan la naturaleza de su enlace químico, es decir, la naturaleza de las fuerzas existentes ente sus átomos.
El enlace metálico
El enlace metálico se produce cuando se combinan metales entre sí. Los átomos de los metales necesitan ceder electrones para alcanzar la configuración de un gas noble. En este caso, los metales pierden los electrones de valencia y se forma una nube de electrones entre los iones positivos. La nube electrónica rodea a todo el conjunto de iones positivos, empaquetados ordenadamente, formando una red metálica.
Este enlace se presenta en el oro, la plata, el aluminio, etc. Los electrones tienen cierta movilidad; por eso, los metales son buenos conductores de la electricidad. La nube de electrones actúa como "pegamento" entre los cationes. Por esta razón casi todos los metales son sólidos a temperatura ambiente.
Propiedades de los compuestos metálicos:

·         Conducen el calor debido a la compacidad de los átomos que hace que las vibraciones en unos se transmitan con facilidad a los de al lado.
·         Tienen, en general, altos P. F. y P. E. Dependiendo de la estructura de la red.
·         Presentan brillo metálico.
·         Son dúctiles y maleables debido a que no existen enlaces con una dirección determinada. Si se distorsiona la estructura los electrones vuelven a estabilizarla interponiéndose entre los cationes.
·         Son buenos conductores debido a la deslocalización de los electrones.

Enlace Iónico
Es la unión que se produce entre dos átomos de electronegatividades distintas, con una diferencia igual o mayor a 1.67, en este tipo de enlace ocurre una transferencia de uno o más electrones del átomo menos electronegativo hacia el más electronegativo. Por ende el átomo que cedió electrones queda con carga positiva y el que captó electrones queda con carga negativa.
El anión y el catión formados por la transferencia electrónica producen el compuesto iónico debido a la atracción electrostática de estos iones cuya estructura generalmente es cristalina.
Características y propiedades:
·         Cómo las fuerzas electrostáticas entre iones son intensas, los compuestos iónicos poseen puntos de fusión y de ebullición elevados, por lo que a temperatura ambiente son sólidos.
·         Son solubles en agua, pues los iones abandonan la red y se rodean de moléculas de agua y solo conducen la electricidad fundidos o en disolución.
·         Gran dureza
·         Son frágiles





Enlace Covalente
Los elementos no metálicos se unen mediante enlaces covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe una electronegatividad polar, se forma cuando la diferencia de electronegatividad no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones, entonces los átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital denominado orbital molecular.
Pueden estar unidos por enlaces sencillos, dobles o triples, dependiendo de los elementos que se unen.
Los enlaces covalentes se clasifican en:
·         Covalentes Polares
·         Covalentes No Polares
·         Covalente Coordinado
La diferencia en los valores de electronegatividad determina la polaridad de un enlace siempre que dos átomos del mismo elemento se enlazan, se forma un enlace no polar.
Las sustancias covalentes pueden ser atómicos o moleculares.
Las moleculares tienen puntos de fusión y de ebullición bajos, ya que las fuerzas intermoleculares son muy débiles comparadas con las fuerzas intramoleculares (los enlaces covalentes entre los átomos). Suelen ser gases, y si las fuerzas intermoleculares son muy fuertes pueden ser sólidos blandos o, si son intermedias, líquidos a temperatura ambiente.
No se disuelven en agua por ser apolares, se disuelven en disolventes apolares u orgánicos como el CCl4. No conducen la corriente ni siquiera fundidos o en disolución.
Las sustancias covalentes atómicas (como el grafito o el diamante) se denominan sólidos covalentes, poseen puntos de fusión y de ebullición muy altos, ya que solo se pueden fundir rompiendo los enlaces covalentes.
Tipos de sustancias según sus enlaces
 Compuestos iónicos
Compuestos covalentes moleculares
Compuestos covalentes atómicos
Metales
Partículas en el cristal (Especies químicas enlazadas)
Iones: Cationes y aniones.
(Cristales iónicos)
Moléculas.


Átomos
(cristales covalentes)
Cationes y electrones deslocalizados
(cristales metálicos)
Fuerzas presentes
Enlaces iónicos.


Enlaces covalentes intramoleculares. Fuerzas intermoleculares. (De Van der Waals o de puentes de Hidrógeno)
Enlaces covalentes.
Enlaces metálicos.
Puntos de fusión
Altos, por encima de 600 ºC 

Bajos en general, de  -272 ºC a 400 ºC.
Elevados, entre 1.200 ºC y 3.600 ºC.
Variados, de -39 ºC a  3.400 ºC.
Solubilidad
Solubles en agua y otros disolventes polares.


Insolubles en agua.
Las sustancias apolares son solubles en disolventes apolares (orgánicos). Las polares, en disolventes polares (como el agua).
Insolubles.

Insolubles
Solubles en otro metal fundido (aleaciones).

Conductividad eléctrica
Conductores sólo en disolución o fundidos.
(Electrolitos de 2º orden)
Sustancias apolares, no conductoras.
Sustancias polares, algo conductoras.
No conductores,
Buenos conductores en estado sólido.
(electrones libres)
Otras características
Forman redes cristalinas de gran estabilidad.
La disolución de
los compuestos iónicos produce la disociación iónica de éstos.
Duros,  frágiles y quebradizos.
En condiciones ordinarias pueden ser gases, líquidos o sólidos volátiles
Sólidos muy blandos
Puntos de fusión y de ebullición bajos porque al fundir o hervir sólo se rompen las atracciones intermoleculares.

Los más duros de todos los sólidos como consecuencia de la gran estabilidad de sus enlaces.
No conducen la electricidad, ya que no tienen iones y sus electrones de valencia, claramente localizados, carecen de libertad de desplazamiento.
Los valores más altos de puntos de fusión corresponden a los metales de las series de transición.
Densidades elevadas, debido a sus estructuras compactas.
Buenas propiedades mecánicas: tenaces, dúctiles y maleables.
Ejemplos

NaCl;  CaBr2 ; KI, CaO; K2O;  K2SO4

H2O (s), I2, S8,
C10 H8 (naftaleno)
C12H22O11 (sacarosa)
C6H12O6 (glucosa)
Gases: H2; O2; N2; NH3; HF
C (diamante),
SiO2  (cuarzo); SiC (carborundo)
Al, Na, Ca, Fe, Cu, Au; Ag

Enlaces por fuerzas intermoleculares
Entre los diferentes tipos de fuerzas intermoleculares tenemos las fuerzas de Van der Waals y los enlaces de hidrógeno.
Las fuerzas de Van der Waals se caracterizan por ser muy débiles y aumentar con la masa molecular. El enlace de hidrógeno se da entre aquellas sustan­cias en las que sus moléculas contienen un átomo de hidrógeno enlazado a un átomo muy electronegativo X (que puede ser N, O y F).

Fuerzas de Van der Waals
La fuerzas que unen las moléculas entre si reciben en general el nombre de fuerzas de Van der Waals, que  pueden ser de tres tipos: de atracción dipolo – dipolo o de Keeson (en sustancias con dipolos permanentes o polares), fuerzas de atracción dipolo – dipolo inducido o de Debye (en sustancias polares) y fuerzas de dispersión o de London (debido a dipolos instantáneos partir de vibraciones que producen polarización instantánea)
Las fuerzas intermoleculares crecen con la masa molecular o atómica de las sustancias consideradas.
Cuanto mayor sean estas fuerzas mayor serán los puntos de fusión y ebullición de las sustancias.
Cuanto mayor sea la polaridad de una molécula, más intensas son las fuerzas intermoleculares bipolares, debidas entre sus dipolos permanentes.




 El enlace de hidrógeno
Es una unión entre moléculas en las que un átomo de hidrógeno actúa  de “puente“ entre dos átomos muy electronegativos, como F, O o N, que se encuentran unidos al hidrógeno mediante un enlace covalente muy polarizado, como en el HF, el H2O o el NH3. 

El enlace por puente de hidrógeno permite explicar las propiedades anómalas del agua, como puntos de fusión y de ebullición anormalmente altos y su actuación como disolvente, en comparación con las uniones del hidrogeno con otros elementos como en el H2S; H2Se y H2Te.  




 Referencia: 
·         [Imagen de red metálica]. Recuperado de http://reyesdias14.blogspot.mx/p/enlace-quimico.html
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