Teoría de Lewis: Fundamentos del Enlace Químico

La Teoría de Lewis postula que los electrones de valencia son los que desempeñan un papel fundamental en el enlace químico.

• En algunos casos, se transfieren electrones de un átomo a otro, formándose iones positivos y negativos que se atraen entre sí mediante fuerzas electrostáticas, siendo este el enlace iónico.
• En otros casos, se comparten entre los átomos uno o más pares de electrones, lo que constituye el enlace covalente.
• Los electrones se comparten de manera que los átomos adquieren una configuración de gas noble, lo que se conoce como la regla del octeto.

Los electrones de valencia son los responsables del comportamiento químico, porque al interactuar, los átomos solo involucran sus electrones de valencia.

Enlace Iónico: Formación y Características

Definición y Mecanismo

El enlace iónico se forma cuando un elemento metálico (con baja electronegatividad) cede electrones a un elemento no metálico (con alta electronegatividad), formándose iones de cargas opuestas que, por atracción electrostática, quedan unidos.

Propiedades de los Compuestos Iónicos

• Elevados puntos de fusión y ebullición.
• Baja compresibilidad debido a la compactación de sus estructuras cristalinas; son duros pero frágiles.
• Solubles en disolventes polares, pero no en apolares.
• Son conductores de la electricidad si están fundidos o disueltos, pero no en estado sólido.
• Pueden presentar el fenómeno de la hidratación. Un hidrato es una sustancia que ha incorporado moléculas de agua en su estructura sólida.

Factores que Afectan la Fortaleza del Enlace Iónico

Diferencia de Electronegatividades

Un sólido iónico es más estable cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividades entre los átomos, ya que esto favorece la formación de cationes y aniones.

Cargas Iónicas

En un sólido iónico, las uniones que se establecen entre los aniones y cationes son de tipo electrostático, regidas por la Ley de Coulomb. Por lo tanto, valores altos de cargas eléctricas y una pequeña distancia entre los iones originan uniones muy intensas, haciendo que la energía reticular sea más negativa (más estable).

Tamaño de los Iones

Un sólido iónico es más estable cuanto más compacta sea su red cristalina. Cuanto más parecidos sean los tamaños del anión y el catión, menor será la distancia entre ellos, lo que contribuye a una mayor estabilidad.

Justificación de las Propiedades Iónicas

• Baja compresibilidad y dureza, pero fragilidad: Se debe a la gran compactación de sus estructuras cristalinas, lo que les proporciona gran dureza por tener una red cristalina con elevada energía reticular y ofrecer una gran resistencia. Sin embargo, son frágiles porque, al encontrarse enfrentados sus iones del mismo signo por un golpe, esto los hace inestables y la red se rompe.
• Elevadas temperaturas de fusión y ebullición: Las fuerzas que actúan son lo suficientemente intensas para conferir a la red iónica una elevada estabilidad térmica.
• Solubilidad en disolventes polares: El disolvente polar es capaz de interaccionar y “derrumbar” la red del sólido, solvatando los iones.
• No conductores en estado sólido: Se debe a que los iones tienen posiciones fijas y no pueden moverse en la red iónica. Al fundirse o disolverse, esta red se rompe, quedando los iones libres y permitiendo la conducción.
• Constitución de un hidrato: Las moléculas del disolvente (agua) quedan unidas a la superficie del cristal por medio de la interacción entre las cargas eléctricas de los iones y las cargas parciales de los dipolos de las moléculas de agua.

Enlace Covalente: Compartiendo Electrones

Definición y Formación

El enlace covalente se forma entre elementos con electronegatividades altas y parecidas, típicamente entre no metales.

Propiedades de los Compuestos Covalentes

Compuestos Covalentes Moleculares

• Puntos de fusión y ebullición bajos.
• En estado sólido, son blandos.
• Las moléculas polares se disuelven en disolventes polares, y las apolares en disolventes apolares.
• No conducen la electricidad.

Compuestos Covalentes Reticulares (o de Red)

• Altísimos puntos de fusión y ebullición.
• Gran dureza.
• Insolubles en la mayoría de los disolventes.

Teorías Avanzadas del Enlace Covalente

Teoría del Enlace de Valencia (TEV)

La Teoría del Enlace de Valencia (TEV) supone que los átomos conservan sus orbitales atómicos propios, y solo existe una modificación de aquellos orbitales que intervienen en la formación del enlace covalente. Cuando los átomos que se van a unir se acercan, llega un momento en el que los orbitales de los electrones de valencia se solaparán o recubrirán entre sí, alcanzando la energía del sistema un valor mínimo para la distancia internuclear de equilibrio, lo que se corresponde con la situación del enlace covalente entre dichos átomos.

• Si el solapamiento es de tipo frontal, se forma un enlace sigma (σ), que ocasiona un aumento de la densidad electrónica alrededor del eje internuclear.
• Si el solapamiento es lateral, el enlace es pi (π), y origina un aumento de la densidad electrónica por encima y por debajo del eje internuclear.

Hibridación de Orbitales

La hibridación es la combinación de orbitales atómicos puros para formar nuevos orbitales híbridos. Los orbitales híbridos que se originan son iguales entre sí, tienen la misma energía, pero poseen propiedades direccionales distintas a las de los orbitales originales.

• Hibridación sp³ (Tetraédrica)

  Se forma entre un orbital atómico s y tres orbitales p. Ejemplos: CH₄ y H₂O.

• Hibridación sp² (Trigonal Plana)

  Se forma entre un orbital atómico s y dos orbitales p. Ejemplo: BCl₃.

• Hibridación sp (Lineal)

  Se forma entre un orbital atómico s y otro orbital p. Ejemplo: BeCl₂.

Resonancia: Estructuras Deslocalizadas

La resonancia es una propiedad que poseen algunos compuestos para poder presentar diferentes posibilidades de estructuras (formas resonantes) cuando tienen dobles enlaces deslocalizados, generalmente alternos.

Una forma resonante es cada una de las estructuras de Lewis que contribuyen a la descripción de la molécula real.

Polaridad de Enlaces y Moléculas

Al unirse átomos de distinta electronegatividad, el átomo más electronegativo atrae hacia sí el par de electrones compartidos en el enlace, creando un desplazamiento de las cargas y, por lo tanto, un polo positivo (δ+) y otro negativo (δ-). Este fenómeno se conoce como polaridad.

Fuerzas Intermoleculares: Interacciones entre Moléculas

Las fuerzas intermoleculares son las interacciones que actúan entre moléculas (o entre átomos que no están directamente unidos por un enlace químico covalente). Pueden ser:

Puentes de Hidrógeno

Se forman entre un átomo de hidrógeno que está unido directamente a un átomo muy electronegativo y pequeño (como N, O o F) en una molécula, y un átomo de uno de estos elementos en una molécula contigua. Esto es posible debido a:

• La gran diferencia de electronegatividad entre los átomos involucrados.
• El pequeño tamaño del átomo de hidrógeno, que permite que el O, N o F de una molécula contigua se acerque mucho, aumentando así la atracción electrostática entre ambos.

Fuerzas de Van der Waals

• En moléculas polares (interacciones dipolo-dipolo): Los dipolos permanentes originan atracciones electrostáticas entre las cargas parciales de signo contrario entre las moléculas.
• En moléculas apolares (fuerzas de dispersión de London): También se producen atracciones electrostáticas debido a que, por el movimiento electrónico, en un instante dado una de las moléculas adopta una distribución eléctrica asimétrica, formándose dipolos instantáneos que inducen dipolos en moléculas vecinas.

Enlace Metálico: La Nube Electrónica

Definición y Propiedades

El enlace metálico es la unión que se establece entre átomos de metales. Sus propiedades características son:

• Temperaturas de fusión y ebullición normalmente altas.
• Dureza variable: Cuanto más compacta sea su estructura, más difícil es lograr la separación de sus átomos y mayor será la dureza del metal.
• Son dúctiles y maleables.
• Son excelentes conductores de la electricidad y el calor.

Modelo del Mar de Electrones

El Modelo del Mar de Electrones supone que cada metal en estado sólido está formado por un conjunto de iones positivos, con idénticos radios, que ocupan los nudos de la red metálica. Entre estos iones se mueven libremente los electrones de valencia, formando una nube electrónica que es la responsable de la unión de los iones positivos.

La característica fundamental de los electrones de valencia metálicos es su deslocalización, lo que significa que no pueden asignarse a iones concretos dentro de la red metálica.

• Los metales son buenos conductores debido a la movilidad de los electrones de valencia dentro de la red metálica.
• Son dúctiles y maleables debido a que toda deformación implica un deslizamiento de los iones de la red, gracias a la movilidad de los electrones en la red cristalina.