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3.
FUERZAS DE ENLACE QUÍMICOS
Enlaces entre átomos
•
Prácticamente todas las sustancias que encontramos en la naturaleza están formadas por
átomos unidos. Las intensas fuerzas que mantienen unidos los átomos en las distintas
sustancias se denominan enlaces químicos.
•
¿Por qué se unen los átomos?
Los átomos se unen porque, al estar unidos, adquieren una situación más estable que cuando
estaban separados.
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Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los
átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles.
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Los gases nobles tienen muy poca tendencia a formar compuestos y suelen encontrarse en la
naturaleza como átomos aislados. Sus átomos, a excepción del helio, tienen 8 electrones en su
último nivel.
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Podemos explicar la unión de los átomos para formar enlaces porque con ella consiguen que su
último nivel tenga 8 electrones, la misma configuración electrónica que los átomos de los gases
nobles. Este principio recibe el nombre de regla del octeto y aunque no es general para todos
los átomos, es útil en muchos casos.
Tipos de enlaces
• Las propiedades de las sustancias dependen en gran
medida de la naturaleza de los enlaces que unen sus
átomos.
• Existen tres tipos principales de enlaces químicos:
enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico.
Estos enlaces, al condicionar las propiedades de las
sustancias que los presentan, permiten clasificarlas
en: iónicas, covalentes y metálicas o metales.
Enlace iónico
• Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos
(especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos
situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16
y 17).
• En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no
metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente.
Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas
intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto
iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos.
• Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen
en contacto con los átomos del metal sodio. En la siguiente simulación
interactiva están representados los átomos de sodio y cloro con solo sus
capas externas de electrones.
• Los materiales ionicos se caracterizan por la dureza, fragilidad y por ser
tanto eléctrica como térmicamente aislantes.
Enlace covalente
• Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los
átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla
periódica (C, O, F, Cl, ...).
• Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo
(electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a
cederlos.
• Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí
para formar iones de signo opuesto.
• En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre
los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones
compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera
que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así
habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por
enlaces covalentes.
Enlace metálico
•
Para explicar las propiedades características de los metales (su alta
conductividad eléctrica y térmica, ductilidad y maleabilidad, ...) se ha
elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la
nube o del mar de electrones:
• Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por
lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones
(electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo
Na+, Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio
formando la red metálica.
• Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube
de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este
modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido
mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.
El punto de fusión es la temperatura a la cual el estado sólido y el estado líquido de una
sustancia, coexisten en equilibrio térmico, a una presión de una atmósfera
http://books.google.com.mx/books?hl=es&lr=&id=gnfPV1txXiUC&oi=fnd&pg=PA23&dq=niveles+de+energia+atomica&ots=Du
x7X1LjAl&sig=pDOYORMeQOXnhXqwCslma-BsycA#v=onepage&q=&f=true
http://www.textoscientificos.com/quimica/enlaces
http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm
Enlace por puente de hidrógeno
•
Un enlace de hidrógeno es la fuerza atractiva entre un átomo electronegativo y un
átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo.
•
Resulta de la formación de una fuerza dipolo-dipolo con un átomo de hidrógeno
unido a un átomo de nitrógeno, oxígeno o flúor (de ahí el nombre de "enlace de
hidrógeno", que no debe confundirse con un enlace covalente a átomos de
hidrógeno).
•
La energía de un enlace de hidrógeno (típicamente de 5 a 30 kJ/mol) es
comparable a la de los enlaces covalentes débiles (155 kJ/mol), y un enlace
covalente típico es sólo 20 veces más fuerte que un enlace de hidrógeno
intermolecular.
•
Estos enlaces pueden ocurrir entre moléculas (intermolecularidad), o entre
diferentes partes de una misma molécula (intramolecularidad).
• El enlace de hidrógeno es una fuerza de van der Waals dipolo-dipolo fija
muy fuerte, pero más débil que el enlace covalente o el enlace iónico.
• El enlace de hidrógeno está en algún lugar intermedio entre un enlace
covalente y una simple atracción electrostática intermolecular. Este tipo
de enlace ocurre tanto en moléculas inorgánicas tales como el agua, y en
moléculas orgánicas como el ADN.
• El enlace de hidrógeno intermolecular es responsable del punto de
ebullición alto del agua (100°C). Esto es debido al fuerte enlace de
hidrógeno.
• El enlace de hidrógeno intramolecular es responsable parcialmente de la
estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria de las
proteínas y ácidos nucleicos.
• Estabilizan proteínas y ácidos nucleicos.
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Los enlaces de hidrógeno
pueden variar en fuerza,
desde muy débiles (1-2 kJ
mol−1) a extremadamente
fuertes (>155 kJ mol−1),
como en el ion HF2−.[4]
Algunos valores típicos
incluyen:
F—H...F (155 kJ/mol)
O—H...N (29 kJ/mol)
O—H...O (21 kJ/mol)
N—H...N (13 kJ/mol)
N—H...O (8 kJ/mol)
HO—H...:OH3+ (18
kJ/mol[5] )
Captura de una simulación de agua líquida. Las líneas entrecortadas de la
molécula en el centro del cuadro representan enlaces de hidrógeno.
Enlace de hidrógeno entre guanina y citosina, uno de los dos
tipos de pares de bases en el ADN.
Enlace peptídico (covalente): formación de un dipéptido por la
unión de dos aminoácidos mediante un enlace peptídico
• Interacciones electrostáticas. Interacción carga-carga
de atracción y rechazo pueden contribuir a la
estructura macromolecular.
• Interacciones hidrófobas. Auto reunión de
compuestos no polares en un ambiente acuoso.
Regularmente quedan atrapadas en el interior de
compuestos polares como lípidos, proteínas, o agua.
•
Interacción hidrófoba