¿CÓMO SE FORMA LA MATERIA? TIPOS DE ENLACES QUÍMICOS

Ilustración 1. Types of chemical Bond. -Wirdou. [1]

¿Cómo se unen los átomos para formar la materia? ¿Porqué las sustancias se mantienen unidas? ¿Porqué unas sustancias se rompen con más facilidad que otras? En este blog daremos respuestas a estas preguntas, siendo el protagonista, el enlace químico. Además explicaremos los distintos tipos y sus propiedades. 

El concepto de enlace es muy importante en Química, ya que a partir de los distintos tipos de enlace resultan las diferentes clases de sustancias con sus respectivas propiedades características.

Para comprender el concepto de enlace químico y sus diferentes tipos hay que tener claro lo que es un átomo  y  su comportamiento. Un átomo esta constituido por un núcleo formado por protones con carga positiva y neutrones sin carga y por otra parte, orbitando alrededor del núcleo se encuentran los electrones, estos tienen carga negativa. Al tener cargas opuestas, estas dos partes del átomo se atraen. Sin embargo, los electrones también se ven atraídos por los núcleos de otros átomos.

Ilustración 2. Atracción electroestática. [2]

Así el enlace químico, se define como la fuerza responsable de la unión estable que existe entre dos átomos, con el fín de formar una molécula.

En la formación de un enlace los elementos que participan en él, tienden a rodearse de 8 electrones en su capa de valencia, siendo así más estables. Esto se conoce como "Regla del octeto". Para ello ceden, ganan o comparten electrones. La capa de valencia es el nivel de energía mas externo del átomo, en él se encuentran aquellos electrones que participan en el enlace.

Ilustración 3. Capa de valencia. [3]

Ilustración 4. ¿De donde viene el concepto de enlace químico? Lucía Ferrer Biechy y Elisabet Fuentes Lara. [4]

Mientras los químicos creían que los átomos eran esferas rígidas fue posible admitir que cada átomo tuviera algo parecido a uno o más “ganchos o corchetes” que les permitieran unirse a otros átomos para formar las moléculas. [19] , [18].

Más tarde, en 1877 Thomson descubre el electrón y se llega a la conclusión de que los electrones son esos “ganchitos,”, es decir, son los intermediarios en el enlace químico.

Así se estableció la primera teoría de enlace químico, el enlace iónico.

Ilustración 5. Enlace iónico. -Wirdou. [5]

Un enlace iónico es aquel tipo de unión química que se produce entre elementos metales y no metales con distinta electronegatividad, es decir, con distinta capacidad para atraer electrones. En este tipo de enlace químico un átomo de un elemento metálico transfiere un electrón a un átomo de un elemento no metálico. [21]

                                                     

                                                                                          Ilustración 6.a. Transferencia de electrón. [6]

Así cuando aquel átomo metálico cede el electrón, adquiere carga positiva y se forma un catión (ión con carga eléctrica positiva), y el elemento que lo recibe adquiere carga negativa y se transforma en un anión (ión con carga eléctrica negativa). 

Ilustración 6.b. Atracción. [6]

Como resultado de esta diferencia de carga, una positiva y otra negativa, se crea una fuerza atractiva que los mantiene unidos.

Ilustración 6.c. Enlace iónico. [6]

Estas fuerzas electroestáticas tienden a agrupar iones de determinada carga en torno a otros de carga opuesta, dando lugar a los denominados compuestos iónicos.

Entre estos compuestos se cuentan especialmente las sales, un ejemplo;  el cloruro de sodio, NaCl.

Ilustración 7. Estructura de la sal cloruro de sodio. [7]

Hay que tener en cuenta que NO existen moléculas iónicas aisladas en la naturaleza, sino que forman  los denominados compuestos iónicos.

Las propiedades de los compuestos iónicos se explican porque la atracción entre las cargas de distinto signo son bastante fuertes. [22] 

• Presentan elevados puntos de fusión y ebullición, por ello son sólidos a temperatura ambiente.

Ilustración 8. Sal. [8]

•   No son buenas conductores de la electricidad en estado sólido, ya que sus cargas están fijas en la red cristalina, pero sí lo hacen en disolución o fundidos debido a que en estos casos los iones si se pueden mover.

Ilustración 9. Conductividad sal. [9]

• Son duros, al ser fuerte la atracción entre iones, y frágiles, debido a las repulsiones que aparecen al desplazarse una capa sobre otra, como podemos observar en la siguiente imagen.

Ilustración 10. Rotura sal. [10]

Por otra parte, existen otras sustancias que están constituidas por átomos neutros unidos por un tipo de enlace distinto del iónico: el enlace covalente. Los átomos se enlazan de esta forma constituyendo las moléculas.

Ilustración 11. Enlace covalente. [11]

El enlace covalente se trata de la unión de dos átomos que comparten uno o más pares de electrones.

Cuando dos átomos se unen compartiendo un par de electrones se denomina enlace covalente simple. También pueden llegar a compartirse dos pares de átomos formando un enlace doble e incluso tres pares que sería un enlace triple.

Ilustración 12. Tipos de enlace covalente. [12]

Los elementos que intervienen en este tipo de enlace tienen electronegatividad parecidas. Su mecanismo se basa en compartir electrones. Además los átomos que participan son no metálicos.  

En este caso si existen moléculas con este tipo de enlace aisladas en la naturaleza y también pueden formar cristales covalentes, como por ejemplo, el diamante.

Ilustración 13. Diamante. [13]

Las moléculas que tienen este tipo de enlace, presentan las siguientes características:

• Puntos de fusión y ebullición bajos.
• No conducen la electricidad ni el calor.

Ejemplo de molécula covalente, CO2:

Ilustración 14. Estructura del dióxido de carbono. [14]

Por otro lado los cristales formados por este tipo de enlace, cristales covalentes:

• Tienen altos puntos de fusión y ebullición, pues los átomos están unidos por enlaces covalentes muy fuertes.
• No conducen el calor ni la electricidad, a excepción del grafito.
  
  

  

  Ilustración 15. Grafito y lápiz con mina de grafito. [15]

  
  

   El último tipo de enlace químico que trataremos es el enlace metálico [20], este surgió al no poderse aplicar la teoría del enlace iónico ni covalente a los metales. Esta teoría también es conocida como teoría del electrón libre o del mar de electrones.

     La red cristalina metálica está formada por iones de un metal, es decir átomos que han cedido sus electrones de valencia. Estos electrones están desubicados en el cristal y disponen de libertad de movimiento, son compartidos por todos los iones; constituyen la nube electrónica.

     Esta nube electrónica hace de "colchón" entre las cargas positivas impidiendo que se repelen. La estabilidad de la red cristalina es debida a la interacción entre los iones metálicos y la nube de electrones, esa fuerza de unión mantiene unidos a los átomos del metal.

       Las principales propiedades de los Cristales metálicos son:

• Son sólidos a temperatura ambiente. A excepción del mercurio que es un liquido a temperatura ambiente. 

Ilustración 16. Mercurio. [16]

• Sus temperaturas de fusión y ebullición son altas, de manera que el enlace entre los átomos es muy fuerte.

• Son Buenos conductores del calor y la electricidad.

• Presentan ductilidad y maleabilidad, debido a que las capas de iones se pueden deslizar unas sobre otras sin que se rompa la red metálica.

• Poseen un brillo metálico característico.

Ilustración 17. Pirita brillo metálico. [17]

Referencias:

Ilustraciones: 

• [1] Ilustración 1. Types of chemical Bond. -Wirdou. https://wirdou.com/tag/chemical-bonds/ Fecha de acceso: 27/11/2021
• [2] Ilustración 2. Atracción electroestática. https://www.significados.com/ley-de-coulomb/ Fecha de acceso:27/11/2021
• [3] Ilustración 3. Capa de valencia. https://www.researchgate.net/figure/Electrones-de-valencia-de-un-atomo-de-silicio_fig2_267211218 Fecha de acceso: 27/11/2021
• [4] Ilustración 4. ¿De donde viene el concepto de enlace químico? Lucía Ferrer Biechy y Elisabet Fuentes Lara. Fecha de edición: 24/11/2021
• [5] Ilustración 5. Enlace iónico. -Wirdou. https://scenio.es/la-quimica-del-amor-sodio-cloro Fecha de acceso: 27/11/2021
• [6] Ilustración 6. (6a, 6b, 6c). https://www.significados.com/enlace-ionico/ Fecha de acceso: 27/11/2021

• [7] Ilustración 7. Estructura de la sal cloruro de sodio. https://concepto.de/enlace-ionico/ Fecha de acceso: 27/11/2021
• [8] Ilustración 8. Sal. https://menudospuntocero.com/15-tipos-de-sal-para-dar-variedad-a-nuestros-platos/ Fecha de acceso: 27/11/2021
• [9] Ilustración 9. Conductividad sal. https://slidetodoc.com/bases-de-qumica-general-trminos-importantes-materia-todo/ Fecha de acceso: 27/11/2021
• [10] Ilustración 10. Rotura sal. https://med.se-todo.com/himiya/19724/index.html?page=3 Fecha de acceso: 27/11/2021
• [11] Ilustración 11. Enlace covalente. https://www.redbubble.com/es/i/poster/Compartir-es-cuidar-Enlace-covalente-de-qu%C3%ADmica-de-NeXore/50395075.LVTDI Fecha de acceso: 27/11/2021
• [12] Ilustración 12. Tipos de enlace covalente. https://www.lifeder.com/enlace-covalente/ Fecha de acceso: 27/11/2021
• [13] Ilustración 13. Diamante. https://www.bbc.com/mundo/noticias-44946602 Fecha de acceso: 27/11/2021
• [14] Ilustración 14. Estructura dióxido de carbono. https://free3d.com/es/modelo-3d/carbon-dioxide-3d-model-co2-9947.html Fecha de acceso: 27/11/2021
• [15] Ilustración 15. Grafito y lápiz con mina de grafito. https://es.123rf.com/photo_13230470_pieza-en-bruto-de-mineral-de-carbono-roca-en-forma-de-grafito-una-forma-alotr%C3%B3pica-de-carbono-conocido-.html Fecha de acceso: 27/11/2021
• [16] Ilustración 16. Mercurio. https://mejorconsalud.as.com/el-veneno-del-mercurio-para-la-salud/ Fecha de acceso: 27/11/2021
• [17] Ilustración 17. Pirita brillo metálico. https://m.facebook.com/greenfields.minerals/photos/a.1192357444138108/1482717701768746/?type=3 Fecha de acceso: 27/11/2021

Contenido:

• Guadiel-grupo Edebé/ Química Bachillerato/ Guadiel 2003
• [18] https://ruidera.uclm.es/xmlui/bitstream/handle/10578/16459/TESIS%20Gonz%C3%A1lez%20Felipe.pdf?sequence=1&isAllowed=y Fecha de acceso: 27/11/2021
• [19] http://platea.pntic.mec.es/~jrodri5/web_enlaces_quimicos/antecedentes.htm Fecha de acceso: 27/11/2021
• [20]https://fisquiweb.es/Apuntes/Apuntes2Qui/EnlaceMetalico.pdf Fecha de acceso: 27/11/2021
• [21]https://www.todamateria.com/enlace-ionico/ Fecha de acceso: 27/11/2021
• [22] http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/enlacequimico/enlace/propiedadesionico.html?2&2 Fecha de acceso: 27/11/2021

Elisabet Fuentes Lara y Lucía Ferrer Biechy. UCO. 29/11/2021