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ENLACE QUÍMICO
En el tema anterior hemos repasado detalles de la evolución que tuvo el conocimiento de la estructura del
átomo, desde el primer modelo formulado por Thomson, hasta el modelo actual del átomo, planteado por
la mecánica cuántica. En este tema veremos que el conocimiento de esta estructura es de gran utilidad
para comprender el problema del enlace químico.
A.1 Decid cuál es el tipo de estructura electrónica más estable y la causa de dicha estabilidad.
Representad con el modelo de capas y con el modelo cuántico, la estructura electrónica de la familia de
átomos más estable del Sistema Periódico. El profesor dará a conocer la simbología que introdujo Lewis
para representar las estructuras electrónicas.
A.2 Teniendo en cuenta las conclusiones de la actividad anterior, sugerid cómo podrían evolucionar
algunos tipos de átomos (por ejemplo, Na, Mg, F, N, etc.) si se les aporta la energía necesaria para que se
altere su estructura electrónica.
La regla del octeto que acabamos de ver no es general. Únicamente la cumplen, no sin excepciones, unos
pocos elementos. Además, aparte de la estructura electrónica de gas noble, existen otras configuraciones
estables que no veremos en este curso. Sin embargo, esta regla es muy útil para entender básicamente los
principales mecanismos de unión de los átomos. A esto dedicaremos el resto del tema.
1. ENLACE IONICO
La existencia de iones en ciertos tipos de compuestos se conocía desde mucho antes del establecimiento
de la estructura interna del átomo y había sido comprobada, por ejemplo, por el aumento de la
conductividad de sus disoluciones. Lo que añade el conocimiento de la estructura atómica es poder
predecir los iones más probables y dar una explicación de la formación sustancias y de algunas de sus
propiedades.
A.3 Decid qué familias del sistema periódico pueden formar más fácilmente cationes, así como su carga
respectiva. Idem. aniones.
A.4 Tratad de describir, paso a paso, un proceso teórico que pueda explicar la formación de la sal común
(NaCl), partiendo de átomos de cloro y de sodio.
A.5 Haced lo mismo que en la actividad anterior respecto de las siguientes sustancias: cloruro de
magnesio, oxido de litio, sulfuro de potasio y oxido de calcio.
A.6 A partir del modelo enlace iónico, sugerid algunas propiedades que cabe esperar que posean las
sustancias iónicas: su estado físico más probable a temperatura ambiente, su estructura, su capacidad o
no para conducir la corriente eléctrica en estado sólido, en disolución o en estado fundido, etc.
A.7 Consultad bibliográficamente o en Internet las propiedades reales de algunas sustancias iónicas que
proponga el profesor.
2. ENLACE COVALENTE
Los compuestos iónicos forman un número relativamente pequeño del total de los compuestos químicos
conocidos. Otro tipo de sustancias se constituyen con átomos no metálicos iguales (por ejemplo,
hidrógeno, H2; cloro, Cl2) Ahora veremos qué tipo de enlace tienen estas sustancias.
A.8 Tratad de justificar la existencia de moléculas de Hidrógeno. Idem. de Cloro. Justificad por qué estas
sustancias se encuentran en estado gaseoso a la temperatura ambiente.
A.9 Algunos elementos del sistema periódico (C, N, O y S) pueden establecer comparticiones múltiples
con átomos iguales o distintos. Justificad este hecho y escribid las estructuras electrónicas de puntos de
las siguientes sustancias: nitrógeno, N2; oxígeno, O2; etileno, C2H4 y acetileno, C2H2).
A.10 Sugerid algunas propiedades de sustancias covalentes, como las vistas en las actividades anteriores:
estado físico a temperatura ambiente, grado estabilidad, conducción o no de la corriente eléctrica,...
3. ENLACE COVALENTE POLAR
Ahora estudiaremos el tipo de enlace que rige la combinación de elementos no metálicos con hidrógeno
(por ejemplo, agua, H2O; amoniaco, NH3)
A.11 Explicad la formación de enlaces entre Cl e H, O e H y N e H.
A.12 Tratad de justificar por qué sustancias covalentes polares como el agua son líquidas a temperatura
ambiente. Explicad también el hecho de que sus moléculas se orienten al someterlas a la acción de dos
polos eléctricos (uno + y otro -). Introducid el concepto de grado de disociación aplicable a estas
sustancias y justificad así mismo por qué en ellas se disuelven con relativa facilidad bastantes sales
iónicas (por ejemplo, el cloruro sódico en el agua).
A.13 Comparad el enlace covalente polar el enlace iónico y el enlace covalente, mostrando que el enlace
covalente polar es en cierto sentido un enlace intermedio entre ambos.
3. ENLACES DEL CARBONO
Aplicaremos ahora los conocimientos elementales sobre el enlace químico al caso especial del carbono.
Veremos que las posibilidades de combinación química de este elemento son privilegiadas y así el carbono
da lugar a un gran número de compuestos que, principalmente, forman parte de los seres vivos.
A.14 Partiendo de la estructura electrónica del carbono, tratad de explicar sus enormes posibilidades de
combinación, tanto consigo mismo, como con el hidrógeno, dando lugar a compuestos constituidos por
cadenas de diferentes tamaños y estructuras.
A.15 Escribid las fórmulas (simplificadas, semi-desarrolladas y desarrolladas) de los compuestos más
sencillos de C e H (hidrocarburos saturados, con 1, 2, 3, 4,.. átomos de carbono) y nombradlos.
A.16 Haced lo mismo con los compuestos de dos, tres, etc., átomos de carbono unidos entre ellos con
enlaces dobles o triples.
A.17 Escribid la fórmula semi-desarrollada de algunos hidrocarburos ramificados y nombradlos.
A.18 Haced lo mismo para algunos hidrocarburos cíclicos.
A.19 Escribid la fórmula semi-desarrollada y desarrollada de C2H4 y C2H2 y nombradlos.
4. ENLACE METALICO
Los metales poseen unas propiedades peculiares que indican un tipo de enlace con características
diferentes de los vistos hasta ahora.
A.20 Resumid algunas de las características más importantes del comportamiento de los metales.
A.21 Supongamos que se pueda aplicar el concepto de covalencia al enlace metálico. ¿Cómo explicar que
en un cristal de sodio metal, formado por muchos átomos unidos, puedan estos adquirir la estructura de
gas noble?
A.22 Explicad, a partir de la concepción elemental del enlace metálico, las propiedades de los metales.
Referios, en particular, a los siguientes hechos: a) Los metales conducen con facilidad la electricidad; b) al
circular corriente eléctrica por un metal, éste se calienta; c) en general, los metales se pueden deformar
con cierta facilidad (son dúctiles y maleables).
4. RECAPITULACIÓN
Tras el estudio elemental de los tipos principales de enlace químico, haremos unas actividades de
recapitulación.
A.23 Explicad, a modo de resumen de lo tratado: a) Que los elementos de la última columna de la tabla
periódica (pej. el Ne) tienen una estructura de gas noble. b) Que los elementos no metálicos (pej. el O2)
son, en muchos casos, gases. c) Que los elementos metálicos (pej. el Mg) son sólidos que conducen la
corriente eléctrica, etc. d) Que los compuestos binarios entre un metal y un no metal (pej. CaCl2) son
sales iónicas. e) Que los compuestos entre un no metal y el hidrógeno (pej HCl) son habitualmente
líquidos con enlaces covalentes polares.
A.24 Predecid la fórmula química de las sustancias que se formarían al enlazar entre sí los siguientes
átomos: a) Ca y Ca; b) Br y H; c) F y Mg. Dad el nombre de la sustancia obtenida, el tipo de enlace y sus
propiedades más relevantes.
3. UN POCO DE QUÍMICA ORGÁNICA
Conoceremos ahora algunas reacciones características de los hidrocarburos: de sustitución, de adición y
de combustión.
A.25 Predecid que podría suceder si se produce una reacción química entre un halógeno (como el Cl o
Br) y un hidrocarburo saturado o alcano. Escribid, a modo de ejemplo, la ecuación correspondiente a la
reacción entre el metano y el cloro para obtener cloroformo.
A.26 Predecid que tipo de reacción podría tener lugar entre un halógeno (o hidrógeno) y un
hidrocarburo no saturado. Escribid, en particular, las reacciones de: a) adición de hidrógeno a eteno; b)
adición de bromo a etino.
A.27 Escribid la ecuación de la combustión del propano. Después deducid la ecuación general de la
reacción de combustión de los hidrocarburos saturados.
La mayoría de compuestos orgánicos presenta átomos distintos del C e H, enlazando con la cadena
carbonada. A estos grupos se les denomina grupos funcionales y confieren al compuesto un
comportamiento químico muy diferente de los hidrocarburos de origen. Introduciremos, para terminar,
algunas funciones orgánicas importantes.
A.28 Sugerid distintas formas de enlazar un átomo de carbono de un hidrocarburo con uno o con dos
átomos de oxígeno. Después escribid y nombrad algunos ejemplos de hidrocaburos que incorporan estos
grupos funcionales.
A.29 Haced lo mismo con un átomo de nitrógeno.