UNIDAD III:TEORÍA DE ENLACE

QUÍMICO

1. Enlace químico

2. Tipos de enlace

3. Estructura de Lewis

4. Geometría molecular

1. Enlace químico

Las propiedades y el comportamiento de las sustancias químicasdependen, en gran medida, de la manera en que están unidos losátomos. Estas uniones se logran a partir de fuerzas denominadasenlaces químicos.

En la naturaleza, solo algunos elementos se presentan como átomoslibres y aislados. Estos son los gases nobles, elementos muy establesque no reaccionan con otros (en condiciones normales). Las demássustancias químicas normalmente se encuentran enlazadosquímicamente con otros átomos: pueden unirse con átomosdiferentes y formar compuestos (H2O, NaCl, etc), o con átomosiguales, y así formar los elementos (O2, N2)

Los átomos se unen porque al enlazarse adquieren un estado demenor energía, lo que les da mayor estabilidad.

(1) La interacción entre los dos átomos esprácticamente nula cuando la distanciainter nuclear es grande.(2) Al aproximarse los átomos, apareceninteracciones que, en global, sonatractivas. De esta forma, la energía delsistema disminuye y el sistema se vaestabilizando.(3) Cuando los átomos se encuentran auna distancia determinada, se alcanza elmínimo de energía. Esa situacióncorresponde a la formación del enlacequímico.

(4) Finalmente, se puede considerar la posibilidad de acercar los átomos unadistancia menor a la de enlace. En este caso, aparecerán, por un lado,repulsiones entre los núcleos de los átomos y, por otro, entre las zonas dedensidad de carga negativa debida a los electrones. Estas repulsionesprovocarían la desestabilización del sistema, aumentando su nivel energético.Por ello, el sistema tendría tendencia a volver a la situación de equilibrio.

“Los átomos de los elementos químicos se enlazan para alcanzar unaconfiguración electrónica externa similar a la del gas noble máscercano en la Tabla periódica”.

G. Lewis, concluye que los átomos con menos de ocho electrones en suúltimo nivel de energía se unen con otros para, recibir, ceder ocompartirlos y conseguir ocho electrones en su nivel de valencia. Esteprincipio se conoce como regla del octeto, y aunque no es general paratodos los átomos y presenta algunas excepciones, es útil porque sirvepara predecir el comportamiento de muchas sustancias.

2. Regla del dueto y octeto.

2.1 Regla del octeto.

Los átomos más pequeños, como el H, Li y Be, cuando establecen enlacestienden a completar su último nivel de energía con dos electrones,alcanzando configuración de gas noble helio.

2.2 Regla del dueto.

3. Símbolos de Lewis.

Los electrones que participan en la formación de enlaces son loselectrones de valencia.

Para representar en forma simple la formación de enlaces químicos,Lewis, creó una simbología especial que muestra los electrones devalencia de los átomos.

El símbolo de Lewis o estructura de Lewis para un elemento consisteen el símbolo del elemento químico y la ubicación a su alrededor depuntos o cruces que representan los electrones de valencia delátomo.

Por ejemplo, para el nitrógeno, el símbolo de Lewis es el siguiente:

- Los 5 puntos alrededor del átomo representa los electrones devalencia.

- Los puntos deben ubicarse según la configuración electrónica,utilizando el diagrama de orbital del último nivel, aplicando laregla de Hund.

Recuerda: el grupo al cual pertenece el átomo corresponde alnúmero de electrones de valencia.

ACTIVIDAD. Completar.

Elemento Númeroatómico.

Configuraciónelectrónica

simplificada.

N° deelectrones de

valencia.

Diagrama de orbital. Símbolo deLewis.

Magnesio

Fósforo

Potasio

Silicio

Cloro

3. Mecanismos de enlace.

Cuando dos átomos se encuentran lo suficientemente cerca, a unadistancia conocida como longitud de enlace, sus electrones de valenciase reordenan, de forma que cada uno de los átomos logre unaconfiguración electrónica externa similar a la de un gas noble yaumente así su estabilidad.

En esta condición, se establece una fuerza de atracción entre losátomos que se denomina enlace químico, la que permite mantenerlosunidos. Tal unión es posible porque los electrones más externos de losátomos, se reordenan para alcanzar mayor estabilidad.

La capacidad que tiene un átomo para combinarse con otros y adquiriruna estructura estable está dada por la cantidad de electrones que elátomo es capaz de captar, ceder o compartir.

Mecanismo ceder electrones. Los átomos que presentan uno, dos otres electrones de valencia, tienden a perderlos. Los elementosmetálicos, debido a que poseen un número pequeño de electronesde valencia, ceden estos electrones, y quedan así con el nivel deenergía anterior para obtener la configuración electrónica de un gasnoble.

[Ne] 3s1 [Ne]

Mecanismo recibir electrones. Los átomos con cinco, seis o sieteelectrones de valencia tienden a recibir o compartir electrones y asícompletan su nivel externo similar al de un gas noble. Esta tendenciase da principalmente en los elementos NO metálicos.

[Ne] 3s2 3p5 [Ar]

Mecanismo compartir electrones. Los átomos con mayor facilidadpara compartir los electrones son aquellos que poseen cuatroelectrones de valencia, por ejemplo, el carbono.

[He] 2s2 2p2

Estos mecanismos, en los que están involucrados los electrones devalencia de los átomos, determinan los diferentes tipos de enlacesquímicos.

4. Tipos de enlaces químicos.

Enlace Químico

E. Iónico E. MetálicoE. Covalente

C. Simple

C. Coordinado odativo.

C. Doble

Fuerza quemantiene unidos alos átomos en uncompuesto.

C. Apolar ono polar

C. Polar

C. Triple

4.1 Enlace iónico

Enlace Iónico

EN 1,7 Metal + No metal TRANSFERENCIA deelectrones

GrupoI-A y II-A

GrupoV-A, VI-A y VII-A

PROPIEDADES FÍSICAS DELOS COMPUESTOS IÓNICOS

Sólidos con puntos de fusiones altos (por lo generalmayores a 400°C).

La mayoría soluble en solventes polares como el agua einsolubles en disolventes no polares, como el hexano.

Los compuestos fundidos conducen bien la electricidadporque contienen partículas móviles con carga (iones).

En solución generan iones por lo que conducen laelectricidad (electrolitos)

4.2 Enlace Covalente

Enlace Covalente

No Metal + No metal COMPARTICIÓN deelectrones

C. Simple C. CoordinadoC. Doble C. Triple

EN < 1,7

Los átomoscompartenun par deelectrones.

Los átomoscomparten dospares deelectrones.

Los átomoscomparten trespares deelectrones.

El par electrónicocompartido esaportado por unode los dosátomos.

Tipos

Se da en moléculas de elementos y moléculas de compuestos.

EJEMPLOS.

Tipo deenlace

covalente

Molécula (elemento) Molécula (compuesto)

Simple

Doble

Triple

Coordinado odativo.

--------

Enlace covalente apolar o no polar.- Moléculas homonucleares.- Molécula simétrica.- No se generan dipolos.- EN 0

Enlace covalente apolar o no polar.- Moléculas homonucleares.- Molécula simétrica.- No se generan dipolos.- EN 0

Enlace covalente polar .- Moléculas heteronucleares.- Molécula asimétrica.- Se general dipolos.- 0 < EN < 1,7

Enlace covalente polar .- Moléculas heteronucleares.- Molécula asimétrica.- Se general dipolos.- 0 < EN < 1,7

4.2.1 Polarización de enlace covalente

PROPIEDADES FÍSICAS DELOS COMPUESTOS

COVALENTES

Son gases, líquidos o sólidos con puntos de fusión bajos(por lo general menores a 300°C).

La mayoría es soluble en solventes NO polares como elhexano e insolubles en solventes polares.

Los compuestos líquidos o fundidos NO conducen laelectricidad.

En solución suelen ser malos conductores de laelectricidad porque no contienen partículas con carga.

4.2.2 Propiedades físicas de compuestos covalente

4.2.3 Resonancia.

Ocurre cuando la disposición electrónica asignada a una estructuramolecular estable no se condice con sus propiedades reales, por lo tanto,puede ocurrir que la longitud del enlace real no coincida con la teórica,no se justifiquen propiedades organolépticas como la solubilidad, elparamagnetismo y la polaridad, generándose una diferencia entre laenergía de la molécula real versus la energía de la molécula calculada deforma teórica.

La resonancia es el término que indica que una estructura moleculartiene varias formas de representaciones de Lewis, todas químicamenterazonables y que cumplan con el octeto.

Ocurre cuando algunos electrones pi () se deslocalizan en la estructuramolecular, generando lo que se denomina híbridos de resonancia(estructuras igualmente correctas).

4.3 Enlace metálico

Enlace MetálicoEnlace Metálico

Formados poruna red deiones positivosrodeados porsus electronesde valencia quepuedenmoverselibremente.

Formados poruna red deiones positivosrodeados porsus electronesde valencia quepuedenmoverselibremente.

Metal + MetalMetal + Metal - Sólido- Poseen brillo- Elevados puntos deebullición y fusión- Maleables- Dúctiles- Conductores del calor yla electricidad.

- Sólido- Poseen brillo- Elevados puntos deebullición y fusión- Maleables- Dúctiles- Conductores del calor yla electricidad.

5.2 Excepciones

Existen muchos compuestos covalentes que no cumplen la regla delocteto, ya sea por defecto o por exceso de electrones.

5. Excepciones en la estructura de Lewis

Explica la forma tridimensional de la molécula. Existen dos tipos de moléculas:1) Moléculas sin pares deelectrones libres en el átomocentral

Electrones enlazantesmantienen equidistancia

2) Moléculas con pares deelectrones libres en el átomocentral

Electrones libres repelen aelectrones enlazantes

6.1 Teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia

6. Geometría molecular

El modelo RPEV considera para el diseño de la geometría molecular elsiguiente esquema:

AXnEm

Donde:A : corresponde al átomo central.X : ligandos unidos al átomo central.n : número de ligandos unidos al átomo central A.E : pares de electrones libres o solitarios en torno al átomo central.Entendidos estos como los electrones que quedan en torno al átomoen las estructuras de Lewis y que no forman enlaces.m : número de pares de electrones libres.

1. Moléculas sin pares de electrones libres en el átomo central

2. Moléculas con pares de electrones libres en el átomo central

EJEMPLOS.

Molécula Estructura deLewis

Xn Em AXnEm Geometríamolecular

Dibujo de lamolécula

CCl4

H2S 2 2 AX2E2 Angular104,5°

PH3

CS2

¿Cuál de las siguientes estructuras de Lewis representa al ion nitrato, NO3-?.

Considere que cada línea representa a un par de electrones.

Ejercicios 1

Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, PSU 2011.

D

De acuerdo con la siguiente representación de Lewis

se puede afirmar que el elemento X

I) pertenece al grupo II A de la tabla periódica.II) puede formar una molécula X2III) tiene 4 electrones de valencia.

Es (son) correcta(s)

A) solo I.B) solo II.C) solo III.D) solo I y II.E) solo II y III.

Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, PSU 2010.

BComprensión

Ejercicios 2