Fundamentos de los Enlaces Químicos: Estructura y Propiedades de la Materia

1. ¿Por qué se unen los átomos?

Los átomos se presentan unidos a otros iguales, formando elementos, o diferentes, formando compuestos.

Búsqueda de estabilidad energética

Los sistemas físicos evolucionan hacia estados de mínima energía potencial, que se corresponden con una estabilidad máxima.

Dos o más átomos permanecen unidos si la energía del sistema es menor cuando están unidos que cuando están separados. Esta unión se denomina enlace químico.

La regla del octeto

En la formación de compuestos, los átomos intercambian electrones hasta adquirir 8 electrones en su última capa.

2. Moléculas y cristales

Las moléculas

Están formadas por un número definido de átomos. Pueden ser:

• Moléculas de elementos: formadas por átomos iguales.
• Moléculas de compuestos: formadas por átomos diferentes.

Los cristales

Están formados por un número variable de átomos, iones o moléculas. Pueden ser:

• Cristales de elementos: formados por átomos iguales.
• Cristales de compuestos: formados por átomos diferentes.

Existen tres tipos de enlaces: iónico, covalente y metálico.

3. Enlace iónico

Formación de un enlace iónico

• Los metales tienden a perder electrones, formando iones positivos o cationes.
• Los no metales tienden a ganar electrones, formando iones negativos o aniones.

Cuando un número muy grande de iones positivos interacciona con un número muy grande de iones negativos, el conjunto adquiere estabilidad y se forma un cristal iónico.

Propiedades de las sustancias iónicas

• Son sólidos a temperatura ambiente y tienen puntos de fusión elevados.
• Son duros, difíciles de rayar.
• Son solubles en agua, porque en ella disminuye la fuerza eléctrica entre los iones y la red se desmorona más fácilmente.
• En estado sólido no conducen la electricidad porque los iones están fijos en la estructura cristalina, pero fundidos o disueltos sí son conductores.

Los elementos metálicos se unen con elementos no metálicos mediante enlaces iónicos, constituyendo cristales iónicos.

4. Enlace covalente

La unión entre dos átomos de elementos no metálicos se produce por la compartición de electrones y se denomina enlace covalente.

Cuando dos elementos no metálicos se aproximan, tienden a compartir electrones.

Esta unión se representa mediante diagramas de Lewis, en los que los puntos representan electrones de la capa de valencia. El par de electrones compartido se llama par de enlace.

Tipos de compuestos covalentes y propiedades

• Sustancias moleculares: formadas por moléculas. Los átomos dentro de la molécula están fuertemente unidos entre sí, pero las fuerzas de unión de unas moléculas con otras son muy débiles, lo que explica que muchos sean gases. No conducen el calor ni la electricidad y son poco solubles en agua, salvo excepciones.
• Cristales moleculares: aquí, las uniones covalentes se producen en todas las direcciones del espacio. Son sólidos muy duros a temperatura ambiente, con puntos de fusión muy elevados, no conducen el calor ni la electricidad y son insolubles en agua.

5. Enlace metálico

Los átomos de los metales ceden electrones para completar el octeto, por lo que todos forman iones positivos. Se disponen ordenadamente en los nudos de una red y todos comparten los electrones cedidos que forman una nube o gas electrónico.

El enlace metálico se produce cuando los iones positivos de un metal comparten una nube de electrones. Los iones metálicos producen redes tridimensionales.

Propiedades de los metales

• Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio.
• Son buenos conductores del calor y de la electricidad, debido a la existencia de electrones libres que pueden moverse en la red.
• Son maleables y dúctiles, ya que la deformación no altera la estructura de la red.
• Tienen brillo metálico. Sin embargo, reaccionan ante el oxígeno, alterando su aspecto y propiedades debido a la formación de los óxidos. El oro y el platino no lo hacen; se denominan metales nobles y son apreciados por ello.