Introducción a la Química

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¿Por qué se produce una unión química?¿Por qué se produce una unión química?

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 encuentran los electrones. Como el número de protones y electrones es el mismo, los átomos son eléctricamente neutros.

También sabemos que a una cierta distancia, entre las cargas del mismo signo existen fuerzas de repulsión y entre las de signo contrario hay fuerzas de atracción. Por eso los protones se repelen entre sí, al igual que los electrones, y los protones y electrones se atraen. En consecuencia, si dos átomos estuvieran a una distancia lo suficientemente grande, no habría interacciones entre ellos. A medida que se acerquen, el núcleo de uno de ellos empezaría a atraer a los electrones del otro y viceversa, y al mismo tiempo los protones y electrones se repelerían entre sí. Cuando los átomos se encuentren a una distancia a la cual la fuerza de atracción supere a la de repulsión, se producirá el enlace químico y la estabilidad del conjunto será máxima. Si la distancia entre ellos disminuyera más, las repulsiones entre los núcleos cargados positivamente se incrementaría y en el caso de los electrones sucedería lo mismo, con lo cual la situación sería inestable.

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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?

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Como pueden ver en la última imagen, en la formación de enlaces sólo intervienen las zonas más externas de los átomos, por lo cual participan los electrones más alejados del núcleo: los electrones de 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:

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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

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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?¿Cómo ocurren las uniones químicas?

Para explicar cómo es probable que ocurra una unión química se utilizan modelos que sirven para representarla. Como existen tres tipos de enlaces, veremos cuáles son los modelos para cada uno de ellos.

Modelo para las uniones iónicasModelo para las uniones iónicas

Las uniones iónicas son aquellas que se producen cuando hay un átomo que atrae con mucha más fuerza a los electrones en el enlace que otro. Cuando eso sucede, el menos electronegativo los pierde y forma un catión (ión con carga positiva), y el que los gana por ser más electronegativo forma un anión (ión con carga negativa). Así, los iones de cargas opuestas se mantienen unidos por una 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 un electrón de valencia) y la del cloro es 2s2 2p5 (tiene 7 electrones de valencia). La unión entre ellos se produce cuando el sodio pierde su electrón, y el cloro lo gana porque lo atrae con más fuerza (su electronegatividad es mayor). El primero forma un catión y el segundo un anión. La atracción

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electrostática 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 de valencia que intervienen en las uniones químicas es a través de símbolos de puntos que fueron desarrollados por Lewis. Hacerlos requiere de colocar el símbolo del elemento y rodearlos de tantos puntos como electrones de valencia tenga un átomo. En el caso del cloro y el sodio, podrían representarse de esta manera:

Ahora, para representar el compuesto iónico pueden utilizarse las estructuras de Lewis. Para hacerlo, se coloca el símbolo del catión y a su lado el símbolo de puntos del anión ubicado entre corchetes con su carga eléctrica fuera de él. De esa manera se muestra la interacción electrostática entre los iones.

Al perder ese electrón, el sodio se estabiliza al quedar con la configuración electrónica del gas noble más cercano (el Neón). Cuando el cloro lo gana, su orbital 2p se completa y adquiere la misma cantidad de electrones que el Argón. Para ver si realmente es así, realiza la configuración electrónica 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 representa la formación del cloruro de sodio.

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Modelo para las uniones metálicasModelo para las uniones metálicas

Las uniones metálicas son aquellas que se producen entre los átomos de los metales. El modelo que explica su estructura y propiedades establece que los metales forman iones positivos alrededor de los cuales se mueven libremente los electrones que pierden, que son los más externos. Como los cationes están inmersos en una especie de mar de electrones, la repulsión entre los mismos es apantallada.

La libre movilidad de los electrones de valencia es la que justifica que sean buenos conductores de la electricidad y el calor, que la estructura sea estable y que el metal sea resistente.

Ingresa a la página http://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 la unión metálica.

Modelo para las uniones covalentesModelo para las uniones covalentes

Las uniones covalentes son aquellas que se producen cuando los átomos comparten algunos de los electrones de valencia de manera tal que estos se ubican entre los dos núcleos porque son atraídos por ambos y se forman moléculas. Eso sucede porque la diferencia de electronegatividad entre los átomos que participan no es muy grande o son iguales. Al enlazarse, adquieren estabilidad porque completan 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 átomo de cloro es 2s2 2p5 (tiene siete electrones de valencia), por lo cual para completar su orbital p necesita un electrón. Al unirse con un átomo igual, ambos atraen al electrón con la misma fuerza: así no

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caben dudas de que el enlace que se formará es covalente. La representación con símbolos de puntos 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 que compartieron los electrones. Cada línea corresponde a un par de electrones compartidos, y no se colocan los electrones de valencia no compartidos. A este tipo de representación se lo llama fórmula 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 ellos necesita uno para completar su orbital, se las llama uniones simples. Si se comparten dos o tres pares 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 se A pesar de que la distinción entre uniones iónicas y covalentes no es tajante, para reconocer si se trata de una u otra hay una regla que ayuda a reconocerlas que se aplica en la mayoría de los casos:trata 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 Si la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados es mayor a 1,7 la unión es iónica. unión es iónica.

Si la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados es menor o igual Si la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados es menor o igual a 1,7 la unión es covalente.a 1,7 la unión es covalente.

Por ejemplo, en el cloruro de sodio (NaCl) la resta de las electronegatividades de los átomos Por ejemplo, en el cloruro de sodio (NaCl) la resta de las electronegatividades de los átomos de cloro y sodio es de 2,1 (3 – 0,9), por lo cual la unión es iónica. En cambio, en una molécula de cloro y sodio es de 2,1 (3 – 0,9), por lo cual la unión es iónica. En cambio, en una molécula

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de oxígeno (Ode oxígeno (O22) es 0 (3,5 – 3,5) y la unión es covalente. ) 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 de azufre (SO) el azufre y el oxígeno comparten dos pares de electrones y se forma una unión doble en la que ambos son estables:

Pero en la naturaleza existen también el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3). El problema es ¿cómo es posible que se unan más átomos de oxígeno si el azufre ya es estable? Los científicos dieron una ingeniosa respuesta: solo el azufre comparte los electrones y el oxígeno no aporta ninguno. Algo parecido sucedería en la siguiente situación: si dos amigos juntan dinero para comprar golosinas en el kiosco, las comparten. Y si uno de ellos ya tenía algunas golosinas antes de ir y las pone junto con las otras, a pesar de que él solo las aporta, pasan a ser de ambos.

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A las uniones en las cuales sólo uno de los átomos aporta los electrones que comparten se las llama uniones covalentes dativas. En las fórmulas desarrolladas se representan con una flecha que va desde el que los aporta hacia el otro átomo.

También hay uniones covalentes en las cuales hay tres elementos diferentes. Por ejemplo, en el ácido sulfuroso (H2SO4), que es el responsable que la cebolla nos haga llorar al cortarla, hay átomos de oxígeno, hidrógeno y azufre. En esos casos, el azufre y el hidrógeno se unen al oxígeno (no se une 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 del carbonato de calcio (CaCO3), que es el componente principal de la cáscara del huevo. En ese caso la parte 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.

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