Sustancias y Enlace Químico

1. Sustancias y Enlace Químico

2. Verdades y falsedades de los compuestos (Anexo I) Analiza las siguientes aseveraciones e indica cuál es falsa y cuál es verdadera. • Los compuestos iónicos siempre se funden a mayor temperatura que los compuestos covalentes. • Los compuestos covalentes siempre se funden a menor temperatura que los compuestos iónicos. • Todos los compuestos iónicos conducen la electricidad cuando están fundidos o disueltos en agua. • Ningún compuesto covalente presenta conductividad eléctrica, sea sólido, fundido o disuelto. • Para explicar los diferentes valores de la temperatura de fusión de los sólidos, no es necesario el modelo de enlace iónico, metálico o covalente.

3. Verdades y falsedades de los compuestos (Anexo I) Analiza las siguientes aseveraciones e indica cuál es falsa y cuál es verdadera. • Para explicar la conductividad eléctrica es necesario considerar los modelos de enlace químico. • Siempre que hay enlaces multidireccionales la sustancia es iónica. • Siempre que el compuesto es iónico el enlace es multidireccional. • Siempre que la temperatura de fusión es elevada hay enlaces multidireccionales. • En los compuestos covalentes el enlace es siempre de dirección selectiva. • Los enlaces multidireccionales son los responsables de que un compuesto conduzca la electricidad.

4. Repasemos lo aprendido

5. Únicamente los gases nobles se encuentran en la naturaleza como átomos aislados. El resto de los elementos se encuentran enlazados. Clasificación de las sustancias Por otro lado, una gota de agua es un conjunto enorme de moléculas de agua (un átomo de oxígeno enlazado con dos átomos de hidrógeno). El fósforo de los cerillos se presenta en moléculas de cuatro átomos de fósforo. El oxígeno que respiramos es una molécula compuesta por dos átomos de oxígeno. En un pedazo de hierro hay trillones de átomos de hierro unidos entre sí, y lo mismo sucede en otros metales.

6. Clasificación de las sustancias Los átomos se enlazan entre sí formando la gran diversidad de sustancias que se conocen. Estas sustancias presentan diferentes propiedades, que dependen, en parte, de las distintas maneras en que se enlazan los átomos. De acuerdo a estos enlaces, las sustancias se pueden clasificar en tres grandes tipos: con Enlace Iónico, con Enlace Metálico y con Enlace Covalente. La sal de mesa es un aglomerado de una multitud de cationes sodio y aniones cloruro, perfectamente ordenados.

7. Enlace Iónico Los sólidos cristalinos tienen una estructura ordenada y regular en el espacio. En los sólidos iónicos cada ion está enlazado con más de un ion de signo contrario, de manera tal que la atracción entre ellos sea máxima.

8. Enlace Iónico Por ejemplo, en el NaCl cada catión sodio () se ve rodeado por seis aniones cloruro como vecinos inmediatos y cada anión cloruro () se ve rodeado por seis cationes sodio, formando una red cristalina.

9. pf = 801 °C Enlace Iónico Sal común, NaCl Las fuerzas de atracción que mantienen unidos a los iones en las redes cristalinas, son fuerzas electrostáticas que son muy fuertes, por lo tanto para poder separarlos se necesita suministrar mucha energía. Este hecho determina que los compuestos iónicos no existan en forma molecular, es decir, que su fórmula no representa una molécula, sino que se trata de su fórmula mínima.

10. Enlace Iónico Si es necesaria mucha energía para fundir al sólido, podemos explicarlo mediante interacciones multidireccionales. Cada entidad está unida a varias entidades vecinas y así sucesivamente, es decir, se forman redes tridimensionales. Esto puede explicar: 1.- Que sean sólidos cristalinos y quebradizos. 2.- Que no conduzcan la corriente eléctrica en estado sólido. 3.- Que sí conduzcan la corriente eléctrica al estar fundidos. 4.- Que si se disuelven en agua, conduzcan la corriente eléctrica.

11. Enlace Metálico Hoy se acepta que en los metales el enlace no es entre átomos sino más bien entre cationes metálicos y lo que fueron sus electrones. Así el metal sodio es un conjunto ordenado de iones Na+ y un "mar de electrones" distribuidos entre ellos. Estos electrones no están unidos a ningún átomo de sodio en particular y tampoco forman pares, sino que están deslocalizados entre los iones positivos que se encuentran ordenadamente colocados. La atracción electrostática entre la nube electrónica y los iones positivos es la base del enlace metálico.

12. Enlace Metálico Esto explica: 1.- Que sean sólidos cristalinos, pero maleables. 2.- Que conduzcan la corriente eléctrica en estado sólido. Cristal de Ti pf = 1800 °C

13. Enlace covalente Los electrones compartidos entre dos átomos iguales se encuentran atraídos con la misma fuerza por los dos núcleos, debido a que la diferencia de electronegatividad es cero. Esto implica que cada uno de los átomos ejerce la misma atracción sobre el par electrónico y el mismo estará, en promedio, a igual distancia entre ambos núcleos, es decir, que se presenta una compartición electrónica simétrica.

14. Enlace covalente Cuando se comparten electrones entre dos átomos se forma un enlace covalente, que es un enlace de dirección selectiva con el que se puede constituir una molécula. Esto sucede en moléculas como H2, Cl2, F2, O2 o N2. Los enlaces se denominan no polares y se encuentran siempre en moléculas formadas por átomos idénticos.

15. Enlace covalente

16. Cl H Enlace covalente En el caso de HCl, como el Cl es más electronegativo que el H, el par electrónico compartido estará más desplazado hacia el átomo de Cl, y el enlace H-Cl será un enlace covalente polar. Si la diferencia de electronegatividad es grande, como en la molécula de HCl el enlace será fuertemente polar; si la diferencia es pequeña el enlace será ligeramente polar; y si la diferencia es cero el enlace será no polar.

17. Enlace covalente Hemos visto que en un enlace iónico puro hay una total transferencia de electrones de un átomo a otro, y en un enlace covalente los electrones están igualmente compartidos. Se puede pensar que un enlace covalente polar es una situación intermedia entre el enlace covalente y el iónico. Por ello, se puede relacionar la polaridad del enlace con un cierto carácter iónico parcial del mismo.

18. Los compuestos con enlace covalente presentan interacciones de dirección selectiva, hay átomos fuertemente unidos a otros átomos vecinos (con lo que se forman moléculas, unidades discretas), pero la interacción entre moléculas es relativamente débil. En este caso, para pasar del estado sólido al estado líquido lo que se requiere es romper las interacciones débiles entre moléculas, por lo que el punto de fusión es bajo. Suponer que una sustancia está formada por moléculas, nos permite explicar que exista como un gas, como un líquido o como un sólido con temperatura de fusión baja. Enlace covalente

19. Enlace covalente Al fundirse el sólido, éstas mantienen su identidad, sólo se separan unas de otras. Yodo pf = 113 0C Fenol pf = 40-42 0C

20. ¿Enlace iónico, covalente polar o covalente no polar? (Anexo II) De acuerdo con el criterio de diferencia de electronegatividades, clasifica el enlace de cada una de las siguientes sustancias como iónico, covalente polar o covalente no polar. Cuando sea pertinente hacerlo, muestra la carga parcial con + o - en cada uno de los átomos. a) NaF b) N2 c) BrF d) HBr e) RbCl f) CsF g) PH3 h) CH4 Na (0.9), F (4.0), N (3.0), Br (2.8), H (2.1), Rb (0.8), Cl (3.0), Cs (0.7), P (2.1), C ( 2.5)

21. Interacciones entre Partículas Si tomamos como ejemplo los puntos de fusión que se presentan en el siguiente cuadro: Podemos observar una gran diferencia en los puntos de fusión de los distintos tipos de sustancias, y por lo tanto, podremos inferir el estado en que se presentan a temperatura y presión ambiente.

22. Interacciones entre Partículas Es decir, que la intensidad de las fuerzas de atracción que mantienen unidas a las partículas debe ser relativamente diferente. El tipo y la intensidad de la interacción entre las partículas que se constituyen cuando la unión es entre átomos nos permite analizar las propiedades macroscópicas de la materia, como por ejemplo el punto de fusión, la solubilidad, el punto de ebullición, la conducción de la corriente eléctrica, en función de sus enlaces. El siguiente cuadro muestra las partículas que se generan en cada tipo de enlace:

23. Interacciones entre Partículas Para poder comprender las propiedades de la materia se deben entender los diferentes tipos de interacciones entre partículas, y distinguir las fuerzas que mantienen unidos a los átomos y las fuerzas que mantienen unidas a las distintas partículas. La energía de interacción entre partículas es mucho menor que la energía necesaria para romper enlaces entre átomos, por eso las interacciones entre partículas no implican un intercambio o reordenamiento de átomos y las partículas mantienen su identidad.

24. Interacciones entre Partículas La magnitud de la energía de interacción se refleja en la temperatura de ebullición de las sustancias. Como sabemos cada sustancia tiene una temperatura de ebullición característica, y ésta será mayor cuanto mayor es la energía de interacción entre sus partículas. -97 64

25. Sustancias con Enlace Iónico Puntos de ebullición y de fusión. Las sustancias que presentan enlaces iónicos son sólidas a temperatura y presión ambiente pues sus puntos de fusión y ebullición son altos debido a que al encontrarse los iones fuertemente atraídos (interacciones multidireccionales) se requiere mucha energía para poder separarlos y que puedan cambiar de estado. Cuanto mayor es la carga o menor es la distancia entre los iones, más elevados son los puntos de fusión y de ebullición.

26. Sustancias con Enlace Iónico Dureza. La dureza es la resistencia que ofrecen los sólidos a ser rayados. La propia estructura ordenada de los sólidos iónicos, explica su dureza, ya que no hay lugar hacia donde se desplacen los iones bajo presión. Para rayar un cristal es necesario romper los enlaces entre iones. La dureza varía desde 1 a 9 en la escala de Mohs.

27. Sustancias con Enlace Iónico Solubilidad. Los disolventes polares hacen disminuir las fuerzas atractivas al interponerse las moléculas del disolvente entre los iones. Cada ion se rodea de moléculas de disolvente (solvatación).

28. Sustancias con Enlace Iónico Conductividad. Las que presentan enlace iónico tienen sus electrones muy bien localizados, es decir que los iones en los cristales carecen de movilidad; sin embargo cuando están fundidos o disueltos en soluciones acuosas, como los iones se encuentran libres adquieren movilidad, por lo cual conducen la corriente eléctrica y el calor.

29. Sustancias con Enlace Covalente Estado de agregación a temperatura y presión ambiente. Los compuestos covalentes pueden existir en los tres estados debido a las atracciones entre moléculas. Punto de fusión y de ebullición. En general, tienen bajos puntos de ebullición y de fusión que dependen del tipo de atracción que tengan las moléculas. Conductividad. En general, son malos conductores de la electricidad y del calor, justamente porque en solución o en estado de fusión no poseen partículas con cargas libres (a diferencia de las sustancias con enlace iónico), que permitan que se cumpla esta propiedad.

30. Sustancias con Enlace Metálico Punto de fusión. Como se sabe para fundir un metal se le debe proporcionar calor para que el movimiento de vibración de los átomos se haga más intenso hasta que terminan por separarse del sólido. Naturalmente cuanto más fuerte son los enlaces entre los átomos, mayor será la energía calorífica necesaria para separarlos y, por ello, más elevado será el punto de fusión. En los metales, los puntos de fusión abarcan un espectro amplio: desde valores relativamente bajos como el del cesio, a muy elevados como el del platino. Existe una cierta tendencia de los puntos de fusión a aumentar de izquierda a derecha, en el mismo período, y disminuir conforme aumenta el número atómico en el mismo grupo en la tabla periódica.

31. Sustancias con Enlace Metálico Puntos de fusión de algunos metales (ºC)

32. Sustancias con Enlace Metálico Conductividad eléctrica. Los metales conducen fácilmente la corriente eléctrica, en estado sólido y fundidos, ya que los electrones se desplazan con facilidad, por atracción o repulsión entre cargas de igual o diferente signo, bajo la acción de un potencial eléctrico. Conductividad térmica. El movimiento de las partículas genera choques, un aumento en la temperatura influye en la energía cinética de las partículas aumentando así mismo la velocidad de los electrones y, por lo tanto, la transmisión de la energía calórica generada.

33. Sustancias con Enlace Metálico Brillo. La incidencia de la luz sobre la superficie de los metales hace que los electrones vibren, por lo que se originan ondas electromagnéticas de la misma frecuencia que la luz incidente. Solubilidad. Son insolubles en agua o en otros solventes no polares. Sí son solubles en otros metales (aleaciones o solución sólido en sólido). Algunos metales, como el sodio, reaccionan en forma violenta cuando se ponen en contacto con el agua.

34. Predicción de propiedades (Anexo III) ¿Pasa la prueba el criterio de la diferencia de electronegatividades? Para los siguientes haluros de elementos de la primera, segunda, decimotercera y decimocuarta familias: LiF (8450C) BeF2 (5550C) BF3 (-1270C) CF4 (-1840C) LiCl (6050C) LiBr (5500C) LiI (4460C) Li (1.0), Be (1.5), B (2.0), C (2.5), F (4.0), Cl (3.0), Br (2.8), I (2.5) Compara los puntos de fusión con la diferencia de electronegatividades de cada para de elementos. Indica si existe una relación entre ambos parámetros y si el criterio de diferencia de electronegatividades para definir si un compuesto dado es covalente o iónico se satisface. ¿No te sorprende el estado físico a temperatura ambiente de los compuestos BF3 y CF4?

35. Ejercicio El punto de ebullición es una propiedad:

36. Ejercicio El punto de ebullición del cloro es -34.7 0C. ¿Cuál de los siguientes diagramas representa al cloro a temperatura ambiente?

37. ¡ Descúbranlo ustedes ! ¿Cuál es el mejor criterio para distinguir el carácter iónico, covalente o metálico en sustancias sólidas? Hierro (Fe), Cloruro de sodio (NaCl), Ácido láurico (CH3(CH2)10CO2H), Dióxido de silicio (SiO2), Sustancia desconocida (A)

38. ¡ Descúbranlo ustedes ! A realizar trabajo experimental

39. Clasificación de las sustancias sólidas Propiedades físicas Temperatura de fusión Conductividad eléctrica Temperatura de fusión Temperatura de fusión Sí conduce No conduce baja alta Enlaces Enlaces sólido fundido o disuelto fundido o disuelto de dirección selectiva multidireccionales en estado sólido moléculas "discretas" Redes enlace metálico enlace iónico enlace covalente