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Cómo y por qué se produce una unión química

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Cómo y por qué se produce una unión química

  1. 1. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia Servera ¿Por qué se produce una unión química? Lean la historieta y respondan: - ¿Por qué los caballeros que están dentro del aula se acercan a la ventana? - ¿A qué se debe la atracción entre “los caballeros y las damas” de la imagen? - ¿Por qué hay caballeros que se alejan de la ventana cuando están cerca de los otros?Como sabemos, los átomos están formados por un núcleo que contiene a los protones y neutrones(partículas con cargas positivas y neutras respectivamente), y en la zona extra nuclear se encuentranlos electrones. Como el número de protones y electrones es el mismo, los átomos soneléctricamente neutros.También sabemos que a una cierta distancia, entre las cargas del mismo signo existen fuerzas derepulsión y entre las de signo contrario hay fuerzas de atracción. Por eso los protones se repelenentre sí, al igual que los electrones, y los protones y electrones se atraen. En consecuencia, si dosátomos estuvieran a una distancia lo suficientemente grande, no habría interacciones entre ellos. Amedida que se acerquen, el núcleo de uno de ellos empezaría a atraer a los electrones del otro yviceversa, y al mismo tiempo los protones y electrones se repelerían entre sí. Cuando los átomos seencuentren a una distancia a la cual la fuerza de atracción supere a la de repulsión, seproducirá el enlace químico y la estabilidad del conjunto será máxima. Si la distancia entreellos disminuyera más, las repulsiones entre los núcleos cargados positivamente se incrementaría yen el caso de los electrones sucedería lo mismo, con lo cual la situación sería inestable. 1
  2. 2. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia ServeraComo pueden ver en la última imagen, en la formación de enlaces sólo intervienen las zonas másexternas de los átomos, por lo cual participan los electrones más alejados del núcleo: los electronesde valencia.En la formación de las uniones intervienen también otros factores:  Electronegatividad: es la fuerza con la que un átomo atrae hacia él a los electrones en un enlace. Cuando los átomos se unen, el más electronegativo tiene más tendencia a atraer a los electrones que el otro, por lo cual están más cerca de él. Algo parecido sucede cuando se juega una cinchada: el equipo que tiene más fuerza se acercará a la línea central. La electronegatividad de los elementos es una fuerza relativa, por lo cual sólo se puede medir en comparación con la de otros. En el caso de la cinchada, no se puede determinar qué equipo es más fuerte si no se compara con otros. La escala ideada por Pauling sirve para comparar las electronegatividades: 2
  3. 3. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia Servera Observa que los no metales son más electronegativos que los metales, por eso atraen a los electrones de los enlaces con más fuerza que estos últimos.  Configuración electrónica externa: los electrones que participan en los enlaces entre los átomos son los de valencia. Para saber cuántos son hay que ver sus CEE. Recuerda que los gases nobles no suelen participar de las uniones ya que son estables al tener sus orbitales completos con ocho electrones a excepción del helio, que lo es con dos. CEE del helio: 1s2 CEE del neón: 2s2 2p6 CEE del argón: 3s2 3p6 Cuando los átomos se unen adquieren estabilidad completando sus orbitales de manera tal que su CEE es igual a la del gas noble más cercano, con ocho electrones de valencia. Esto es llamado regla del octeto y se cumple principalmente para los elementos del segundo período de la tabla periódica, que llegan hasta el nivel 2 de energía. El hidrógeno se estabiliza con dos, puesto que es la cantidad máxima posible de electrones que puede haber en el nivel 1. Siguiendo con la analogía, cada átomo sería como uno de los equipos que compiten en la cinchada y hacen fuerza para atraer la línea central de la soga y ganar el premio, y los gases nobles serían un equipo que no participa porque ya tiene sus premios.Actividades: 1) En la analogía del texto anterior se utilizó para explicar los factores que 3
  4. 4. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia Servera intervienen en un enlace químico una comparación entre una cinchada con algunos aspectos de dichos factores. Indica cuáles son los elementos de la situación de la cinchada que corresponden a la situación del enlace químico: Electronegatividad: Átomos: Electrones: Átomo más electronegativo: Átomo menos electronegativo: Estabilidad de los átomos: Gases nobles: 2) Sabiendo que en una cinchada el equipo que más fuerza tiene y se acerca a la línea central es el que gana el premio ¿Podría compararse con los metales o los no metales en la situación del enlace químico? Justifica tu respuesta. 3) Detecta al menos tres diferencias que hagan que la cinchada resulte limitada para explicar la situación de la formación del enlace químico. ¿Cómo ocurren las uniones químicas?Para explicar cómo es probable que ocurra una unión química se utilizan modelos que sirven pararepresentarla. Como existen tres tipos de enlaces, veremos cuáles son los modelos para cada uno deellos.Modelo para las uniones iónicasLas uniones iónicas son aquellas que se producen cuando hay un átomo que atrae con mucha másfuerza a los electrones en el enlace que otro. Cuando eso sucede, el menos electronegativo lospierde y forma un catión (ión con carga positiva), y el que los gana por ser más electronegativoforma un anión (ión con carga negativa). Así, los iones de cargas opuestas se mantienen unidos poruna fuerza electrostática de atracción y se forma un compuesto iónico.Analicemos la formación de la sal de mesa (cloruro de sodio): la CEE del sodio es 3s1 (tiene unelectrón de valencia) y la del cloro es 2s2 2p5 (tiene 7 electrones de valencia). La unión entre ellosse produce cuando el sodio pierde su electrón, y el cloro lo gana porque lo atrae con más fuerza (suelectronegatividad es mayor). El primero forma un catión y el segundo un anión. La atracción 4
  5. 5. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia Serveraelectrostática entre los iones positivos y negativos es lo que los mantiene unidos.Otra forma de representar la situación del esquema anterior y el modo en el que los electrones devalencia que intervienen en las uniones químicas es a través de símbolos de puntos que fuerondesarrollados por Lewis. Hacerlos requiere de colocar el símbolo del elemento y rodearlos de tantospuntos como electrones de valencia tenga un átomo. En el caso del cloro y el sodio, podríanrepresentarse de esta manera:Ahora, para representar el compuesto iónico pueden utilizarse las estructuras de Lewis. Parahacerlo, se coloca el símbolo del catión y a su lado el símbolo de puntos del anión ubicado entrecorchetes con su carga eléctrica fuera de él. De esa manera se muestra la interacción electrostáticaentre los iones.Al perder ese electrón, el sodio se estabiliza al quedar con la configuración electrónica del gas noblemás cercano (el Neón). Cuando el cloro lo gana, su orbital 2p se completa y adquiere la mismacantidad de electrones que el Argón. Para ver si realmente es así, realiza la configuraciónelectrónica de los iones que se han formado y compárala con la de los gases nobles mencionados¿coinciden?Ingresa a la página http://www.hschickor.de/nacl.swf y observa la animación que representala formación del cloruro de sodio. 5
  6. 6. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia ServeraModelo para las uniones metálicasLas uniones metálicas son aquellas que se producen entre los átomos de los metales. El modelo queexplica su estructura y propiedades establece que los metales forman iones positivos alrededor delos cuales se mueven libremente los electrones que pierden, que son los más externos. Como loscationes están inmersos en una especie de mar de electrones, la repulsión entre los mismos esapantallada.La libre movilidad de los electrones de valencia es la que justifica que sean buenos conductores dela electricidad y el calor, que la estructura sea estable y que el metal sea resistente.Ingresa a la páginahttp://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/metalico.htm y observa la animación que representa el movimiento de los electrones en launión metálica.Modelo para las uniones covalentesLas uniones covalentes son aquellas que se producen cuando los átomos comparten algunos de loselectrones de valencia de manera tal que estos se ubican entre los dos núcleos porque son atraídospor ambos y se forman moléculas. Eso sucede porque la diferencia de electronegatividad entre losátomos que participan no es muy grande o son iguales. Al enlazarse, adquieren estabilidad porquecompletan sus orbitales, quedando su configuración electrónica como la del gas noble más cercano.Analicemos la formación de la molécula de cloro (Cl2): como vimos antes, la CEE de cada átomode cloro es 2s2 2p5 (tiene siete electrones de valencia), por lo cual para completar su orbital pnecesita un electrón. Al unirse con un átomo igual, ambos atraen al electrón con la misma fuerza: 6
  7. 7. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia Serveraasí no caben dudas de que el enlace que se formará es covalente. La representación con símbolos depuntos y estructuras de Lewis para esta unión es la siguiente:En las uniones covalentes los enlaces también se representan con líneas que unen a los átomos quecompartieron los electrones. Cada línea corresponde a un par de electrones compartidos, y no secolocan los electrones de valencia no compartidos. A este tipo de representación se lo llamafórmula desarrollada. Para la molécula de cloro es la siguiente:A las uniones en las cuales los átomos comparten solo un par de electrones porque cada uno de ellosnecesita uno para completar su orbital, se las llama uniones simples. Si se comparten dos o trespares de electrones, los enlaces son dobles y triples respectivamente.PARA RECORDAR…A pesar de que la distinción entre uniones iónicas y covalentes no es tajante, para reconocer si setrata de una u otra hay una regla que ayuda a reconocerlas que se aplica en la mayoría de los casos:  Si la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados es mayor a 1,7 la unión es iónica.  Si la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados es menor o igual a 1,7 la unión es covalente.Por ejemplo, en el cloruro de sodio (NaCl) la resta de las electronegatividades de los átomos decloro y sodio es de 2,1 (3 – 0,9), por lo cual la unión es iónica. En cambio, en una molécula de 7
  8. 8. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia Serveraoxígeno (O2) es 0 (3,5 – 3,5) y la unión es covalente.Actividades 1) ¿Qué tipo de unión química se produciría entre las damas y los caballeros de la historieta? Justifica. 2) Conocer la fórmula de Lewis de los productos que se usan en la limpieza permite representar sus estructuras para luego estudiar sus características. Realiza las fórmulas de Lewis de los siguientes compuestos e investiga sus usos: Ácido Muriático (HCl) – Ácido fluorhídrico (HF) – Amoníaco (NH3) – Cloruro de calcio (CaCl2) –En las uniones covalentes los átomos comparten los electrones. Por ejemplo, en el monóxido deazufre (SO) el azufre y el oxígeno comparten dos pares de electrones y se forma una unión doble enla que ambos son estables:Pero en la naturaleza existen también el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3). Elproblema es ¿cómo es posible que se unan más átomos de oxígeno si el azufre ya es estable? Loscientíficos dieron una ingeniosa respuesta: solo el azufre comparte los electrones y el oxígeno noaporta ninguno. Algo parecido sucedería en la siguiente situación: si dos amigos juntan dinero paracomprar golosinas en el kiosco, las comparten. Y si uno de ellos ya tenía algunas golosinas antes deir y las pone junto con las otras, a pesar de que él solo las aporta, pasan a ser de ambos. 8
  9. 9. Introducción a la Química4 NatProf. Florencia ServeraA las uniones en las cuales sólo uno de los átomos aporta los electrones que comparten se las llamauniones covalentes dativas. En las fórmulas desarrolladas se representan con una flecha que vadesde el que los aporta hacia el otro átomo.También hay uniones covalentes en las cuales hay tres elementos diferentes. Por ejemplo, en elácido sulfuroso (H2SO4), que es el responsable que la cebolla nos haga llorar al cortarla, hay átomosde oxígeno, hidrógeno y azufre. En esos casos, el azufre y el hidrógeno se unen al oxígeno (no seune el azufre al hidrógeno). Su fórmula de Lewis y desarrollada se representan así:Por último, hay uniones que tienen partes iónicas y covalentes. Eso sucede en casos como el delcarbonato de calcio (CaCO3), que es el componente principal de la cáscara del huevo. En ese caso laparte covalente (unión entre el carbono y el oxígeno) se pone dentro del corchete y el catión calcio,que es un metal y les cede sus electrones al oxígeno, afuera. 9

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