77 En adelante se estudiarán el tipo de enlace que se presenta y las propiedades que derivan de este. Obsérvese el número de átomos de hidrógeno que se combinan en la columna de la izquierda y los de cloro en la derecha. Ejemplo de enlace químico. CH4 metano AIC13cloruro de aluminio NH3 amoniaco BaCl, cloruro de bario HzOagua NaCl cloruro de sodio CC14tetracloruro de carbono HCI ácido clorhidrico _ Ejemplos: Las columnas siguientes muestran las fórmulas de algunos compuestos. Los átomos están unidos por fuerzas al constituir un compues- to, estas fuerzas son los enlaces quimicos. La minima unidad que presenta las propiedades de un compues- to es la molécula. Esta mínima unidad se refiere a la masa. Las moléculas de los compuestos se representarán por fórmu- las, es decir, representaciones por medio de símbolos y números que indican la clase y número de átomos que se combinan. Los elementos forman compuestos, los compuestos son sustan- cias que se pueden descomponer en dos omás sustancias sencillas elementos) por medios químicos. Un cambio químico es el que transforma los elementos en compuestos. Esto es el resultado de las combinaciones de los atemos. uno da electrones. otro los recibe y se forma una nueva sastancia. TIPOS DE ENLACES ENLACE QUIMICO TEMA 4
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En adelante se estudiarán el tipo de enlace que se presenta ylas propiedades que derivan de este.Obsérvese el número de átomos de hidrógeno que se combinan
en la columna de la izquierda y los de cloro en la derecha. Ejemplo de enlace químico.
CH4 metano
AIC13cloruro de aluminioNH3 amoniaco
BaCl, cloruro de barioHzO agua
NaCl cloruro de sodio
CC14tetracloruro de carbono
HCI ácido clorhidrico
_ Ejemplos: Las columnas siguientes muestran las fórmulas dealgunos compuestos.
Los átomos están unidos por fuerzas al constituir un compuesto, estas fuerzas son los enlaces quimicos.Laminima unidad que presenta las propiedades de un compues
to es la molécula. E sta mínima unidad se refiere a la masa.Las moléculas de los compuestos se representarán por fórmu
las, es decir, representaciones por medio de símbolos y númerosque indican la clase y número de átomos que se combinan.
Los elementos forman compuestos, los compuestos son sustancias que se pueden descomponer en dos omás sustancias sencillaselementos) por medios químicos.Un cambio químico es el que transforma los elementos en
compuestos. Esto es el resultado de las combinaciones de losatemos. uno da electrones. otro los recibe y se forma una nuevasastancia.TIPOS DE ENLACES
ENLACE QUIMICO
TEMA 4
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A este tipo de fórmulas también se les llama de estructura.
CHCHCH3CH2CH3
CH3COOH
Ejemplos:
AcetilenoPropanoAcido acético
b) Fórmula semidesarrollada
Expresa por medio de grupos o radicales los átomos que forman la molécula. Este tipo de fórmula es más común para loscompuestos orgánicos.
HClHZS04CH4
e.a,C3HaCa(OH)zH4CZ02
KN03
Zn3P2
KZCrZ07
Acido clorhídricoAcido sulfúricoMetanoAcetilenoPropanoHidróxido de calcioAcido acéticoNitrato de potasioFosfuro de zincDicromato de potasio
Ejemplos:
Indica la clase y el número de átomos que constituyen lamolécula de un compuesto.
a) Fórmula molecular o condensada
Antes de conocer el tipo de enlace y las propiedades que derivan de cada uno, es necesario conocer las fórmulas con que sehabrán de explicar los enlaces o uniones entre átomos.
TIPOS DE FORMULAS
Puente de hidrógeno
MetálicoCoordinado
PolarCovalente
IónicoNo polar
Enlaces
Los enlaces a estudiar son:
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Cada linea (-) es una valencia y de esta manera se tiene unaidea sobre qué átomo está unido a otro.
O O11 11
O=Cr-O-Cr=OI IO OI IK K
O//
K-O-N~
O
dicromato de potasionitrato de potasio
Zn Zn Zn~/ \.//p p
H OI 1/
H-C-CI \H O-H
fosfuro de zincácido acético
H H HI I I
H-C-C-C-HI I IH H H
H-O-Ca-O-H
propanohidróxido de calcio
H-C==C-HHIC-H/ "H H
acetilenometano
o11
H-O-S-O-H11O
H-Cl
ácido sulfúricoácido clorhídrico
Da idea de la distribución de los átomos en el espacio.Ejemplos:
e) Fórmula desarrollada o gráfica
80
Más adelante se podrá desarrollar con facilidad cualquier fórmula al estudiar los tipos de enlace, los números de oxidación y lanomenclatura quimica.
/,AIH-O-N=O /' I~
/0 ? O~O=S=O O=S=O O=S=O
<, I -:~O O O
~I/Al
+1 +3 -2H N O2
y
Sulfato de AluminioAcido nitroso
Otros ejemplos:
Indica que para el nitrato de potasio deben existir: 1 átomo denotasío con 1valencia o unión. 1 átomo de nitrógeno con 5 valencias y 3 átomos de oxigeno con 2 valencias cada uno. Lossubíndices expresan átomos y las cargas eléctricas, en la parte superior, las valencias o estados de oxidación.
Para el fosfuro de zinc existen 3 átomos del metal con 2 valeneas o uniones cada uno, y 2 átomos de fósforo con 3 uniones cadauno,
Una unión (-) se cuenta para dos átomos.También se puede observar la fórmula condensada y tomar co
mo base el elemento central, rodeando a este elemento estarán losdemás.Se .iecesita además un poco de imaginación y geometría.
+2 -3Zn3 P2
y+1 +5 -2K N 03
Por ejemplo:
Para poder desarrollar una fórmula a partir de la fórmula condensada. debe aplicarse el concepto de número de oxidación.
81Distancia entre átomos en un enlace
ENERGIA y LONGITUD DE ENLACE
En el proceso de transferencia o compartición de electrones enun enlace, siempre intervienen cambios de energía que manifestándose en forma de calor y siendo susceptible de medirse, se interpreta como energía de enlace. Valores específicos para distintos enlaces se reportan más adelante en tablas.
Otro aspecto interesante de los enlaces es la distancia entreátomos cuando están unidos, la longitud de enlace se mide en angstrom (Á), y experimentalmente se determina por geometría y rayos X.
:F:..x"
"x.:F." .
x ••p X··Sy. F: :F.•• x
..• x:"i·x..
Otras excepciones son para el fósforo o para el azufre que IIpgan a completar 10, 12 Y hasta 14 electrones .
.:F::<;!. xBex "ti:
Se observa que los gases nobles tienen completo su octeto, queel oxígeno y el cloro ganarán electrones para completarlo y el sodio o el calcio los perderán.
El hidrógeno completará dos electrones pareciéndose al helio.Son excepciones a la regla del octeto los elementos del segundo
período tales como Be, B y los de sus respectivos grupos, ya queel berilio completa sólo cuatro electrones y el boro completa seis,al combinarse. BF:1
BeCl2 : F· x B x • F:
He:..
:Ar:..Xx
~CI xxx
..:Ne:NaH·
Ejemplos:
La tendencia de los átomos de los elementos del sistema periódico, es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de electrones tal, que adquieran configuración semejante a lade un gas noble. Como los gases nobles terminan su configuraciónelectrónica en S2p6 con un total de ocho electrones, los otros elementos ganarán o perderán electrones hasta quedar con esa cantidad en su capa externa. Esto se conoce como la regla del octeto.
Gilbert N. Lewis propuso representar los electrones de valenciapor cruces o puntos a fin de visualizar la transferencia o compartición de electrones en un enlace químico, cuando los átomos seunen.
REGLA DEL OCTETO y ESTRUCTURAS DE LEWIS
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d.E. =~electronegatividad del átomJ GlectronegatiVidajmás electronegativo - del átomo menos
electronegativo
d.E. = 3.0 - 0.9 = 2.1 pauling > a 1.7 se trata deCl Na un enlace iónico
El signo (-) para la energía de enlace indica que se desprendeesa cantidad de calor. Esa cantidad corresponde a 1 mol del compuesto. Un mol es una cantidad numéricamente igual a su pesomolecular (suma de pesos atómicos de los átomos participantes) yse expresa en gramos.
Cálculo de la diferencia de electronegatividades:
ls2 2s2 2p6 3so = Na+ (catión)
El sodio finalmente queda como
Energía de = _ 98.3 Kcalenlace
+ ••Na ~Cli
xx
~• ••Na+WD --_xx
Al formarse los iones la nube electrónica del sodio se ve disminuida mientras que la del cloro se ve incrementada, luego se uneny forman el compuesto o producto que es una sal.
(llevándose a cabo conuna energía de ionización)
Na Na+ + 1e-•
En la formación del cloruro de sodio:El cloro es un elemento del grupo VII y con electronegatividad
de 3.0 pauling. El sodio es un elemento del grupo 1y con electronegatividad de 0.9 pauling .
Ejemplo ilustrativo:
ENLACE IONICO, SALINO O ELECTROVALENTE
Naturaleza del enlace. Este tipo de enlace se efectúa entre metales y no-metales por transferencia de electrones del átomometálico al más electronegativo (el no metálico). En esta transferencia se forman iones que después se atraen fuertemente por diferencia de cargas eléctricas.
Dado que las electronegatividades de los átomos participantesson muy diferentes, existe una alta diferencia de electronegatividades que en promedio es de 1.7 o mayor.
83
El diagrama muestra como aparecen enla irradiación con rayos X, los cristales de cloruro de sodio, arriba, y clorurode berilio, abajo
Una esfera en blanco, es cloro. La esferaen negro, es sodio.
Se necesitan dos átomos de cloro, cada uno recibe un electróndel metal.
d.E. = 1.5
:ci. + xBex+ .ci:---:ci:Be~ci:•• •• ••••
Ejemplos de substancias que presentan este tipo de enlace:Las sales inorgánicas y los óxidos inorgánicos, donde existe un
metal y un no metal, como NaCl, CaF2, K20, BaS.Como se ve, se unen elementos de los grupos 1 y 11 con elemen
tos de los grupos VII y VI.Otro ejemplo ilustrativo es la formación del cloruro de berilio.
• Su estado físico es sólido y pueden ser duros o frágiles.• Sus puntos de fusión y ebullición son altos.
• Fundidos o en solución acuosa son conductores de la corrienteeléctrica.
• Son solubles en solventes polares.
• En solución son químicamente activos.• La forma del cristal es geométrica, (cúbica, rómbica, hexago
nal).• No se forman verdaderas moléculas sino redes cristalinas.
Así, por ejemplo, la molécula de cloruro de sodio no podrá determinarse ya que no hay tal molécula, es mejor hablar de lared de cloruro de sodio, un empaquetamiento cúbico perfectodonde existe igual número de iones Na>que de iones CLEs correcto escribir Na17CI17o NasoClsoya que la proporción es1 a 1.
Propiedades de los compuestos con este tipo de enlace
xOx.x x---x
+o·.0:.Molécula de oxigeno:
El par de electrones compartidos está en el centro, a igual distancia de cada núcleo.
Se puede esquematizar esta unión para visualizar la forma de lamolécula. que en realidad es una nube debido al movimiento delos electrones.
el par de electrones compartido se representa poruna linea que une los simbolos de los átomos.
HoxHMolécula de hidrógeno. H· + 'H
Ejemplos ilustrativos:
Naturaleza del enlace. Se tiene cuando dos átomos de un mismoelemento se unen para formar una molécula verdadera, sin cargaeléctrica, simétrica y cuya diferencia de electronegatividad escero.
ENLACE COVALENTE NO POLAR,PURO U HOMOPOLAR
Este tipo de enlace se efectúa entre elementos de alta electronegatividad, es decir, entre no metales y siempre por comparticiónde pares de electrones. Se distinguen tres tipos de covalencia: polar, no polar y coordinada.
ENLACE COVALENTE
HgS0.6
ZnBr21.2
Ale13
1.5d.E.
sulfuro demercurio
óxidoferrosoFeO1.7
bromuro dezinc
cloruro dealuminio
Por ejemplo:
El carácter iónico del enlace disminuye conforme se van acercando los átomos que participan, según los grupos de la tabla periódica.
84
La molécula de hidrógeno presenta enlace covalente puro.
85
.:~iII
~
'1'1
1La molécula de Hel presenta enlacecovalente polar
u.o, HBr, PC!" SO~, NH" H¿SOI' HNO" CH,COOH
Otras substancias con este tipo de enlace:
O·ca,
,'.
.
....•C!:..+
Formación de la molécula de cloruro de hidrógeno .
0+ H-- F0-0+ H~F:0-
••..·F:..
Formación de la molécula de fluoruro de hidrógeno.
Ejemplos:
Naturaleza del enlace, Cuando dos átomos no metálicos de diferentes electronegatividades se unen, comparten electrones pero lanube electrónica se deforma y se ve desplazada hacia el átomo demayor electronegatividad, originando polos en la molécula, unocon carga parcialmente positiva y el otro con carga parcialmentenegativa.
En general, la diferencia de electronegatividades es menor a1.7. Existen casos como el HF que se considera un enlace iónicopropiamente, pero es covalente por ser dos átomos no metálicoslos que se unen.
ENLACE COVALENTE POLAR O HETEROPOLAR
• Moléculas verdaderas y diatómicas (con dos átomos).• Actividad quimica. media.• Baja solubilidad en agua.• No son conductores del calor o la electricidad.• Estado fisico gaseoso, aunque pueden existir como sólidos o
líquidos.
Propiedades de las substancias con este tipo de enlace
Otras moléculas: flúor (F2), cloro (CI2), bromo (Br2), yodo (12)
:N::N~..Molécula de nitrógeno:
86
xH
H :Ñ·-H.ól: = NH el =••• 4
H-
La coordinación de los electrones entre átomos, o bien, de quéátomo a qué atomos van los electrones compartidos se indica conuna flecha.
Así, en los ejemplos anteriores se ve que los electrones van delazufre al oxigeno y del nitrógeno al oxigeno.
Otro ejemplo se presenta en el cloruro de amonio.Los electrones van del nitrógeno al hidrógeno.
»H-O-N
\0
H-NO)ácido nítrico
ot
H-O-S-O-H~O
:0:..
..:0:
H2SO.ácido sulfúrico
Ejemplos:
Naturaleza del enlace. Un átomo no metálico comparte un parde electrones con otro átomo pero el segundo los acomoda en unorbital vacío. Se dice entonces que el primer átomo da un par deelectrones o que ambos átomos se coordinan para completar suocteto.
ENLACECOVALENTE COORDINADO O DATIVO
• Moléculas que existen en los tres estados físicos de agrega-ción de la masa.
• Gran actividad química.• Solubles en solventes polares.• En solución acuosa son conductores de la electricidad.• Sus puntos de fusión y ebullición son bajos, pero más altos que
los de las substancias no polares.
Propiedades de las substancias con este tipo de enlace
87
Modelo tridimensional de la molécula de agua
Propiedades de diferentes compuestos
Substancias P.f. (OCl P.e. (OCl Tipo de enlace Nombre
LiF 842 1676 iónico fluoruro de litioBeF2 subl. 800 iónico fluoruro de berilioBF3 1 126.7 -99.9 covalente fluoruro de boroCF. -184 -128 covalente fluoruro de carbonoF20 -223.8 -144.8 covalente fluoruro de oxígenoHCI -114.8 -84.9 covalente cloruro de hidrógenoNaOH 318.4 1390 iónico hidróxidode sodioKBr 730 1435 iónico bromuro de potasioNaH descomp. 800 iónico hidruro de sodioH20 0.0 100.0 covalente agua
- es una simple covalencia (enlace simple)= es una doble covalencia (doble enlace)= es una triple covalencia (triple enlace)
Donde:
H-CI H-H 0=0 N N
Metano (CH.) Etileno (C2H.)
H H HI \ /H-C-H C=C
I / \H H H
Acetileno (C2H2 ) Agua (HzO)
H~H-C=C-H H/O
Bióxido de (C02) Cianuro de hidrógeno ( HCN)carbono
O=C=O H-C=N
Cuando se presenta una simple covalencia entre dos átomos espor compartición de un par de electrones, pero si son dos pares deelectrones los que se comparten, entonces será una doble covalencia y se puede presentar hasta una triple.
Ejemplos:
ENLACES MULTIPLES O MULTlPLES COVALENCIAS
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d.E. = 1.0 (enlace polar)Molécula no polar
bióxido de carbono
La geometría del bióxido de carbono le hace ser una molécula lineal y por tanto no polar.
d.E. = 0.5 (enlace polar)Molécula no polar
d.E. = 0.4 (enlace polar)Molécula no polar
tetra clorurode carbono
CII
Cl-C-ClI
Cl
HI
H-C-HIH
metano
Una molécula puede ser polar o no. según su geometría y no sutipo de enlace.
El hecho de presentar polaridad le hará ser atraída por camposmagnéticos o ser soluble en solventes polares. conduciendo lacorriente eléctrica.
Ejemplos de moléculas no polares: H2• CH4• CO2• CCI4• BF 3'
Obsérvese que en el caso del hidrógeno su enlace es no polar.Para el metano se puede calcular la diferencia de electronegatividades de los átomos C - H y resulta ser de 0.4 pauling.
Sin embargo la molécula es no polar por su geometría. existiendo una distribución uniforme de electrones en el exterior de la molécula y esta distribución ocurre a pesar del número de enlaces ysu dirección en el espacio.
La misma situación es para el tetra cloruro de carbono CCl4
POLARIDAD MOLECULAR
Distancia en angstrom i\. Energia de enlace enkcal/mol
En la tabla siguiente se ilustran ejemplos de distancia entreátomos y energía de enlace para enlaces covalentes.
89
La polaridad de un compuesto se mide en un aparato llamadodipolimetro y se reporta en unidades Debye (D). Esta medida esentonces su momento dipolar (/L).Se dan ejemplos en la tabla siguiente.
d.E. = O(enlace no polar)Molécula polarGeometría: tetraedro
d.E. = lA (enlace polar)Molécula polarGeometría: tetraedro
H --:ci:..Para el ácido clorhídrico Hfll
En estas moléculas su geometría permite distinguir una regiónmás negativa que otra, presentándose un dipolo (dos polos: + y -).
Algunas moléculas polares son:
d.E. = 2.0 (enlace polar)Molécula no polar
FIB
/~F F
trifluoruro de boro
Para el trifluoruro de boro, la geometría corresponde a un triángulo equilátero, por tanto, la molécula es no polar.
90
Combinación de un orbital s con uno p. La aportación enenergía es 50% y 50%. La forma de la molécula es lineal con unángulo de 1800 y se presenta en los elementos del grupo n.
HIBRIDACION sp
El berilio, por tener dos electrones en un orbital 8 y en su último nivel de energía, se parece al helio;además, sus electrones están apareados y no parece que este elemento deba combinarse,pues no debería perder sus dos electrones y así lo hace.El carbono tiene dos electronesen el orbital p y entonces podría
perderlos para quedar condos electrones en el orbital 28 pareciéndose al helio; sin embargo, gana cuatro electrones.Ahora bien, no sólo el berilio sino también los otros elementos
del grupo n ceden sus dos electrones externos.Los del grupo Hl ceden tres y su configuraciónparece tener só
lo un electrón para combinación (82pl).Para explicar estos hechos se ha sugerido la hibridación, que
implica una mezcla de energías entre orbitales puros para darotros nuevos, o bien un aspecto teórico para el arreglo de electrones de valencia en orbitales nuevos de diferente energía.
Se ha visto que el compuesto cloruro de berilio (BeCI2)o el metano (CH4) presentan ciertas propiedades debidas a su enlace.En el caso del cloruro de berilio, el metal cede dos electrones alno metal y en el caso del metano, el carbono tiene un estadode oxidaciónde - 4;pero, ¿cómoes que el beriliocededos electrones o el carbono acepta cuatro, si sus configuracionesno parecenindicar tales situaciones?
Substancia ¡tID) ¡ Substancia ¡t(D)
COz bióxido de carbono O NH3 amoniaco 1.47CH. metano O H20 agua 1.84C6H6benceno O HCl ácido clorhidrico 1.08PH3 fosfina 0.55 KCl cloruro de potasio 10.6H2S ac. sulfhidrico 0.93 KBr bromuro _depotasio 10.85CH3COCH3 acetona 2.76 KI yoduro de potasio 11.05CHpCH) éter etilico ~.22 CHCl3 cloroformo 1.22S02 bióxido de azufre 1.61 C2HsOH etanol 1.74
HIBRIDACION
Ejemplos de substancias que la presentan:
91
1200
Ejemplo:
I I I I (estado basal)sB =-- 28 2px18
I I I I 1 (estado excitado)sB =-- 2s\ 2px 2py18" "'_-
B - I ¡ (estado híbrido) 15 -18 28p2 28p2 28p2 1
Es la combinación de un orbital 8 con dos orbitales p. La aportación en energía es de 33.3% y 66.6% respectivamente. Se generan tres nuevos orbitales lo cual explica la valencia 3 de los elementos del grupo III. La forma de la molécula es plana o trigonalcon enlaces de 1200
HIBRIDACION Sp2
i1
. ~I
Ejemplos de substancias que la presentan:
•I ' 1800, • !•
Forma y ángulos en la molécula:
(estado híbrido,con nuevos orbitales)28p 28p
1 I4Be =--18
(estado excitado,por calor o electricidad)
1 I4Be =--18
(estado basal,puro o sin combinación)
1 ¡28
Ejemplo:
I ¡,Be = 18
Esta propiedad excepcional del átomo de carbono explica sutetra valencia y su combinación entre sí mismo para formar compuestos en forma de cadenas o anillos y en número muy grande.Estos compuestos son los orgánicos y pueden tener simples,dobles y triples ligaduras o enlaces.
La explicación a estos enlaces es la hibridación, que en sus trestipos se presenta en el carbono.
HIBRIDACION DEl AlOMO DECARBONO
• /Cl• S· ,• -ci
H:0/.. "'H
Ejemplos de forma angular:
Ejemplos de forma piramidal:
Esta hibridación se presenta en otros compuestos con elementos de los grupos V y VI, pero la forma de la molécula es piramidal o angular.
Combinación de tres orbitales puros tipo p con un orbital purotipo s. La aportación en energías es de 75% y 25% respectivamente. Se presenta en los elementos del grupo IV principalmente y enlos de los grupos V y VI.
La forma de la molécula es tetraédrica con ángulos de 109.5o •
Se generan cuatro orbitales híbridos.
HIBRIDACION Sp3
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tetraedro
Representaciones de la molécula tetraédnca
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(estado híbrido)12py 2pz
1 I6C = ---rs 2sp 2sp
1s + 1p - 2sp
Hibridación sp
Esta hibridación se presenta, por ejemplo, en el acetilenoH - C==C- H, donde existen triples enlaces entre dos átomosde carbono. La moléculaes lineal con ángulos de 1800
Cuando dos átomos se unen forman el dobleenlaceconun orbital Sp2y un orbital 2pz, los otros dos enlaces u orbitales híbridosson para enlazar otros átomos comoel hidrógeno en el etileno ycuyos ángulos de enlace son de 1200•
(estado híbrido)
3 Sp21s + 2p
H H
)c=c(H H
Se presenta en compuestos con doble enlace comoel etileno:
Hibridación sp"
3ps
s + 3p
Hibridación sp»
Se explicó anteriormente y se presenta en compuestos comoCH" CCl" CH3 - CH3, CF,
Enlaces en el CH4,
Representación de los orbitales sigma (a) y pi [n]:
MetanoCH.
H
Un orbital, ya mencionadovarias veces, es una región espacialdonde existe la máxima probabilidad de encontrar un electrón oun par de electrones en el caso de un enlace.Un enlace u orbital de tipo sigma (a) es aquel en el que por lo
menos uno de los electronesparticipantes es de tipo s, o ha resultado en una hibridacióndonde participó un orbital s. Así los orbitales s, Sp3, Sp2, sp originan orbitales o enlaces sigma (a). Esteenlace es muy fuerte, origina simples ligaduras y es un enlacemuy estable.Un orbital pi ('7r) se formapor la uniónde electronesen orbitales
p. Este enlacees adicional,débil y en el caso del carbono, envuelve al orbital sigma. El enlace pi (7r) es muy reactivo y generadobles o triples ligaduras.
ORBIT ALES SIGMA (a) y ORBITALES PI (n)
Cuando se forma el triple enlace entre dos átomos de carbonose unen los orbitales 2pz, 2py y 2sp cada uno con otro igual. Losenlacesrestantes de tipo híbrido sonpara unir otros átomos comoes el caso del hidrógenoen el acetileno.
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Representación de 105 orbitales enC2H2
volumen (e)
~
~H-,C-' --d-H, "
~C:=::?
volumen (b)
H
H-&8--Hvolumen (a)
,
95
Representación de puentes de hidrógeno enalgunas substancias (el puente correspondea los puntos).
ácido fluorhídrico (HF)
..H··
···F
H H H..O/ -, /.. -, ..0... H.. H·· ...
./:0.. '". H· H •. . .-·0/ ···0·•• '" / <,• H H
Cristal de hielo.
Propiedades de las substancias con este enlace: puntos de fusión y ebullición elevados, líquidos de alto poder de disociación delos cristales iónicos.
Un ejemplo interesante lo constituye el agua, compuestolíquido a temperatura ambiente, cuando por su fórmula deberíaser gas según las fórmulas de los hidruros de azufre, selenio y telurio.
Al solidificarse el agua, en el hielo, se presenta una estructuratetraédrica en la que cada átomo de oxigeno está rodeado porotros cuatro y entre dos oxigenos está el hidrógeno, cada molécula es individual y comoresultado de la estructura abierta el volumenaumenta cuando el agua se congela.
Existen otros tipos de hibridación como la dsp», d2sp3 y dsp»que son más complej as y que se presentan en compuestos talescomo PCls, SF6' Ni(CN)-4 cuyas formas geométricas son bipiramidal, trigonal, bipiramidal y plana cuadrada, respectivamente.Principalmente se presentan en compuestos de los elementos detransición.ENLACE POR PUENTE DE HIDROGENO
Naturaleza del enlace. Se trata de la atracción electrostáticaentre el protón combinado y otro átomo de gran electronegatividad y volumen pequeño. El protón de una molécula atrae hacia élun par de electrones solitarios de un átomo como C, N, O de unamolécula próxima, o a veces de la misma molécula. Este "puentede hidrógeno" no es un verdadero enlace y origina un comportamiento especial de las substancias que lo presentan.
Ejemplos de substancias que lo presentan: H20, HF, CH30H,DNA.
Propiedades derivadas de este tipo de enlace. Puntos de fusióny ebullición generalmente elevados, brillo metálico, tenacidad, dureza, maleabilidad (laminados, estiraje, doblado), ductilidad (hilos, alambres), alta conductividad térmica y eléctrica.
Otra forma de describir el enlace metálico es la existencia deiones positivos en un "mar o gas electrónico" debido a la movilidad de los electrones. Esta movilidad explica la conducción eléctrica, térmica y la maleabilidad.
Naturaleza dei enlace. Red cristalina de iones metálicos (elementos muy electropositivos) y en ella los electrones de valenciase intercambian rápidamente.
Ejemplos de substancias que lo presentan: todos los metales,Au, Na, Fe, aleaciones como los aceros, amalgamas de mercurio.Cu, y sus aleaciones Cu - Zn, Cu - Ni, Cu - Sn, etcétera.
Este enlace se presenta en los metales y aleaciones al constituircristales metálicos.
ENLACE METALlCO
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Si sedesplazan partes de un cristal metálico, una respecto de otra medianteuna acción mecánica (a). Cada cornponente encuentra en cada nueva posiciónla misma vecindad anterior; por consiguiente, el desplazamiento, y con ello lamaleabilidad de un metal, son fácilmente posibles sin que sepierda la cohesión.Por contra, en un cristal iónico (b) loscomponentes, al desplazarse,encuentranpartes con la misma carga: la repulsiónrecíproca promueve fácilmente una rotura del cristal.
Según el "modelo del gas electrónico" de 105metales, una red ordenada regularmente de iones metálicos cargadospositivamente está rod.xda de electrones que se pueden mover libremente.La fácil mov.idad del gas electrónice "5 responsacie de la buena conducr iv.uad electrónica y térmica de jos metales.
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Puntos de fusión y ebu- Na, Aullición en general eleva- CuZndos. Conductores de la co- Aleacionesrriente eléctrica. Brillo me- metálicastálico.
Cristales metálicos, Redcristalina de iones metálicos y en ella los electrones valencia se intercambian rápidamente.
Enlace entre los átomosde los metales, elementoselectropositivos o de muypequeí'ia electronegatividad. Los iones positivosse mantienen unidos porlos electrones de valenciaque forman enlaces covalentes resonantes entretodos los átomos,
Enlace covalente decada átomo metálicocon algunos de susvecinos pero rápidamente cambiante atodos ellos.
.,
Puntos de fusión y de ebullición más elevados quelos de los cuerpos con moléculas de análoga polaridad pero sin posible formación de puentes de hidrógeno. Liquidos de altopoder de disociación delos cristales iónicos.
Cristales análogos a losdipolares. Las moléculasmantienen su individualidad pero menos claramente que en estos últimos.
El protón de una molécula atrae hacia él un par deelectrones solitarios deun átomo muy electronegativo (C,N,OI de una molécula próxima o a vecesde la misma molécula distinto del unido por enlacecovalente polar a éL
Atracción electrostática entre el protón combinado y otroátomo de gran electronegatividad y volumen pequeí'io.
"
C (díamantelSiCNAlsio,
Puntos de fusión y de ebullición bajos pero mayores que los que presentanlas substancias formadaspor moléculas no polaresde magnitud parecida. Solubles en liquidos polares,
Puntos de fusión enormemente elevados, Cuerposmuy duros. Insolubles encasi todos los disolventes,
Substancias gaseosas omuy volátiles.
Cristales dipolares,Los enlaces polares se forman por unión covalenteentre átomos de moderada diferencia en electronegatividad. Dan lugar,en general, a moléculaspolares que después seatraen.
Atracciones eléctricas entre dipolosmoleculares.
Cristales covalentes.
Cristales moleculares.Originados por fuerzas deVan der Waals, muy débiles o por fuerzas entre dipolos.
Transferencia parcial deelectrones entre átomosde análoga afinidad electrónica o electronegatividad. El enlace entre pocos átomos da lugar a laformación de moléculas.Si todos los átomos delcuerpo están unidos seoriginan los cristales covalentes o atómicos (moléculas gigantes l.
<>-,.-
z
Compartición (equivalente o desigual)de pares de electrones.
<
ClNaFzCaKzOSBa
Puntos de fusión y deebullición elevados, Muyconductores de la corriente eléctrica en estado líquido o en disolución. Solubles en liquidos polares.Cuerpos duros y frágiles.
Cristales iónicos.Transferencia total de electrones entre átomos metálicos y no metálicos demuy distinta atracciónpara los electrones, o sea,de amplia diferencia enelectronegatividad.
z
Fuerte atracción electrostática entre iones
Ejemplos
Propiedades de' lassubstancias asociadascon el tipo de enlace
Tipo de cristal en lasubstancia sólida
Condiciones generales deformación del enlace
RESUMEN SOBRE ENLACES QUIMICOS
Naturaleza delenlace
Tipode
enlace
Rearmables.Rearmables
Cu-Zn-AlCu-Zn-Ni
Fusibles térmicos
Efecto memoria de forma simple
ObservacionesAleaciónAplicación
APLICACIONES TECNOLOGICAS DE LASALEACIONES CONMEMORIA DE FORMA
Aplicaciones industriales de los metales derivadas de su tipo deenlace. Por su ductilidad y conductividad térmica tienen ampliaaplicación comocables y alambres de diferentes diámetros; por sumaleabilidad se tienen las láminas y hojas para cubiertas; porsu dureza y tenacidad se les emplea en la fabricación de herramientas, utensilios, piezas mecánicas, etc. También encuentranaplicación en equipo e instrumental científico o de laboratorio,médico, mecánico; partes de automóviles, tuberías para conexiones de agua y eléctricas; acuñación de monedas, soldaduras,linotipos, joyería, adornos, protecciones, etcétera.
Actualmente enMéxicoy específicamente en los laboratorios delInstituto de Investigaciones en Materiales de la Universidad Nacional Autónoma de México (IlM-UNAM) (Dr. Guillermo AguilarSahagún) y en los laboratorios de Metalurgia de la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas del InstitutoPolitécnicoNacional (Dr.Víctor Manuel LópezHirata yDr. EdmundoEtchechuri), se desarrollan con muy buen éxito aleaciones conmemoria de forma, biomateriales y los superconductores calientes.
Con respecto a las aleaciones conmemoria se tiene el siguienteejemplo:
Una cinta de material similar al latón, en forma de semicírculo,se aproxima a una flama y pronto empieza a enderezarse hastatomar la forma de una regla, es decir, ahora está recta. Acontinuación se le sumerge en un vaso que contiene agua y súbitamente securva para tomar su forma inicial de semicírculo.
El experimento se repite una y otra vez, y la cinta invariablemente "recuerda" que cuando está en presencia de una flama(60°C) debe estar recta, y que cuando está expuesta al ambiente(20°C) debe tomar la forma de semicírculo. El llamado efectomemoria de forma consiste en el desplazamiento de los átomos enciertas aleaciones cuando éstas se enfrían bruscamente. Hay unatransformación deuna fase estable a alta temperatura (austenítica)a otra fase, generalmente metaestable (llamada martensítica),que ocurre como consecuencia del enfriamiento brusco. Lo queocurre es simplemente un desplazamiento de átomos en formaorganizada, de modo que la estructura cristalina se modifica. Elacero fue el primer material en el que se observó el cambioanterior, pero no es el único, por ejemplo en aleaciones no ferrosascomoníquel-titanio. Además en estas aleaciones es posible obtenerla transformación martensítica no sólomediante cambios de temperatura sino también por esfuerzo mecánico.
98
Propiedades derivadas del enlacemetálico.
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Esponja de silicón teflónPoligliceril metacrilato
Llenar la cavidadvítrea dei ojo
Humor vítreo
BiomaterialFunciónDispositivo
DISPOSITIVOS DE IMPLANTE EN USO O PROBADOS,SU FUNCION y LOS BIOMATERIALES EMPLEADOS
Es de suma importancia la obtención de biomateriales quepueden sustituir la pérdida de algún miembro del cuerpo, parapoder desarrollar hasta donde se pueda nuestras funciones vitalesde un modonormal. En México,esta rama de la ciencia-ingeniería demateriales no se ha desarrollado en forma organizada, salvoalgunos casos que han logrado cierto éxito, como es el caso de laproducción de prótesis mamarias para uso externo (lIM-UNAM)ante los requerimientos presentados por el Grupo Reto, A.C., comoparte de su programa de rehabilitación física y psicológica demujeres con mastectomía (extirpación del seno por tumor canceroso).Actualmente en México se atiende de 5 000 a 6 000mujeres poraño con este problema. A continuación se muestran algunosdispositivos de implante en uso o probados, su función y los biomateriales empleados.
Biomateriales
Ayudan a la introducciónde una fibra óptica en elinterior del cuerpohumano
No necesitan serrearmables
Ti-NiAlambres para guíasde fibras ópticas
Doble efecto memoria de forma simple
Cu-Zn-AlRelevadores térmicos
Ya han sido utilizadas
Aleación inerte. Buenaresistencia mecánica
Contraconcepción
Elimina la necesidadde soldadura en tuberíasubmarina (Ti-Ni)Procesos económicos
Observaciones
Ti-NiAntenas autodesplegables para satélites
Ti-NiDispositivos diversospara ortopedia
Ti-NiGrapas para ligadurade Trompas de Falopio
Cu-Zn-AlCu-Al-NI
Anillos de ensamblajerápido de tubería
AleaciónAplicación
Son materiales que a una temperatura determinada, presentanuna resistencia eléctrica igual a cero.
En el estado superconductor el material se comporta como undiamagneto perfecto, es decir-se opone a que un campo magnéticopenetre en él (efecto Meissner).
Hasta la fecha lo que se ha obtenido son materiales cerámicossuperconductores de alta temperatura de transición (este fenómeno fue descubierto en 1911 por Heike Kamerlingh ünnes). Lastemperaturas a las que se había observado este fenómeno eran,hasta 1986, menores a 24K (249°C por debajo de la temperatura decongelación del agua), lo cual representaba enormes dificultadestanto para observarlo comopara utilizarlo en cuestiones prácticasa costos razonables, por la dificultad de alcanzar temperaturas tanbajas. Así pues, es un reto por enfrentar las posibles aplicacionesde la superconductividad a temperaturas lo más alta posible,incluso a la temperatura ambiente.
A continuación se muestra una gráfica de los avances logradosen este sentido:
Los superconductores calientes
quemaduras severas membrana de silicónultradelgada de espumade polica-prolactona(PCA), película PGAcompuesta
Colágeno procesado;Piel artificial Tratamiento en
Gel y goma elástica desilicón, tejido de dacrón,esponja hydrón
Prótesis mamarias Reemplazar oaumentar el seno
El mismoAlinear fracturasClavosintramed ulares
Aleaciones Co-Cr; carbónisotrópico a bajatemperatura; injertosporcinos; aleaciones de Ticon silastic o discos decarbón pirolítico
Reemplazar válvulasenfermas
Válvulas cardiacas
El mismoConducir señaleseléctricas al cerebro
Control eléctrico deataque epiléptico
Polimetil metacrilato;hidro gel
Proporcionar una víaóptica a la retina
Prótesis de córnea
BiomaterialFunciónDispositivo
sal
Símbolos utilizados por losalquimistas.
mercurio
Cu
~
*salitre
sal amoniaco
100
101
Con lo anterior se puede concluir que el conocer tipos de enlaceypropiedades que de éste derivan para un compuesto, es importateya que ayuda a seleccionar un solvente adecuado, o efectuar uncalentamiento antes de provocar un cambio de fase ouna descomposición; también ayuda al químico puro a profundizar sobre elestudio de la naturaleza íntima de la materia, y manifestacionesde los enlaces las tenemos por ejemplo en el uso de pegamentos,como el de cianoacrilato que es tan fuerte y capaz de soportar elpeso de un hombre.
Podemos, inclusive con palillos y cartulina, hacer modelos deenlaces para moléculas de compuestos, posteriormente les daremos nombres de acuerdo con una nomenclatura.
¿Qué es una nomenclatura?
Avancede los superconductores "calientes" en este siglo.
S.XVI S. XVII S. XVIII 1783 1808 1814
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~ 11.1 12 7 C9 Pb~Desarrollo de la simbología química.
NbaGe
(La.Sr)2CuO• Diciembre 1986
Abril 1996
Enero 1987
100 T,(K)
90
80
70
60
50
40
30
20
En 64 años (de 1911 a 1973) se logró un incremento de tan sólo 20grados (de4.2 Ka23.4K), mientras que, tan sólo en 13años (1973 a 1986),[se logró un incremento de aproximadamente 67 grados!
