Enlace iónico, covalente y metálico
En el laboratorio del colegio, el profe te entrega tres sólidos: sal de cocina, un trozo de cobre y azúcar. Los tres parecen simples, pero al probarlos con un circuito, uno conduce la electricidad y los otros dos no. Al disolverlos en agua, uno de los que no conducían sí lo hace. ¿Qué tienen por dentro para comportarse tan distinto? La respuesta está en cómo se unen sus átomos.
Por qué se unen los átomos
Los átomos se unen porque así quedan con menos energía, es decir, más estables. Los gases nobles (He, Ne, Ar…) casi nunca reaccionan: tienen sus niveles de energía externos completos, con 8 electrones de valencia (2 en el helio).
Los demás átomos tienden a imitar esa configuración. A esto se le llama regla del octeto: los átomos ganan, pierden o comparten electrones de valencia hasta quedar con ocho en su último nivel.
Según lo que hagan los electrones de valencia, hay tres tipos de enlace:
| Enlace | Qué pasa con los electrones de valencia | Entre qué átomos |
|---|---|---|
| Iónico | Se transfieren de un átomo a otro | Metal y no metal |
| Covalente | Se comparten | No metal y no metal |
| Metálico | Se deslocalizan y circulan entre todos los átomos | Metal y metal |
Define enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. Para cada uno escribe una frase que indique qué ocurre con los electrones de valencia de los átomos que se unen.
Define enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. Para cada uno escribe una frase que indique qué ocurre con los electrones de valencia de los átomos que se unen.
Enlace iónico
Un metal tiene pocos electrones de valencia y los pierde con facilidad (baja energía de ionización). Un no metal los gana con facilidad (alta electronegatividad). Cuando se encuentran, el metal cede electrones y el no metal los capta.
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El átomo que pierde electrones queda con carga positiva: catión.
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El átomo que gana electrones queda con carga negativa: anión.
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Los iones de carga opuesta se atraen con fuerza (atracción electrostática): eso es el enlace iónico.
Los iones no forman moléculas aisladas, sino una red cristalina: un arreglo ordenado en el que cada catión está rodeado de aniones y viceversa. Por eso en el $NaCl$ no hay «moléculas de sal»; se escribe la fórmula unidad, que da la proporción de iones.
Clasifica cada sustancia según el tipo de enlace predominante (iónico, covalente o metálico): $NaCl$, $H_2O$, $Cu$, $CO_2$, $MgO$ y $Fe$.
Clasifica cada sustancia según el tipo de enlace predominante (iónico, covalente o metálico): $NaCl$, $H_2O$, $Cu$, $CO_2$, $MgO$ y $Fe$.
Explica cómo se forma el cloruro de magnesio, $MgCl_2$, a partir de átomos de magnesio ($Z = 12$) y de cloro ($Z = 17$). Indica cuántos electrones transfiere cada átomo,…
Explica cómo se forma el cloruro de magnesio, $MgCl_2$, a partir de átomos de magnesio ($Z = 12$) y de cloro ($Z = 17$). Indica cuántos electrones transfiere cada átomo, qué iones se forman con sus cargas, por qué se necesitan dos átomos de cloro por cada uno de magnesio y qué configuración electrónica adquieren los iones.
Enlace covalente y estructuras de Lewis
Cuando dos no metales se encuentran, ninguno cede electrones con facilidad: ambos los quieren. La solución es compartir pares de electrones. Así cada átomo cuenta los electrones compartidos como suyos y completa el octeto.
Un enlace sencillo comparte 1 par, uno doble comparte 2 pares y uno triple comparte 3 pares. Los pares de valencia que no se comparten se llaman pares libres o no enlazantes.
Estructura de Lewis
Es un dibujo con el símbolo del elemento y puntos (o rayas) para los electrones de valencia. Para construirla:
Enlace covalente polar y apolar
Si los dos átomos tienen la misma electronegatividad (como en $H_2$ o $Cl_2$), el par se comparte por igual: enlace apolar. Si uno es más electronegativo (como el O frente al H), atrae más el par: el enlace es polar y aparecen cargas parciales $\delta^-$ y $\delta^+$.
Una guía aproximada con la diferencia de electronegatividad $\Delta EN$: menor de 0,4 apolar; entre 0,4 y 1,7 polar; mayor de 1,7 con carácter iónico marcado.
Polaridad de la molécula
Que una molécula sea polar depende de sus enlaces y de su forma. En el $CO_2$, cada enlace C=O es polar, pero la molécula es lineal y los dos dipolos apuntan en sentidos opuestos: se cancelan, la molécula es apolar. En el agua, la molécula es angular (unos 104,5°) y los dipolos no se cancelan: molécula polar.
Dibuja la estructura de Lewis de la molécula de agua, $H_2O$. Indica cuántos pares de electrones compartidos y cuántos pares libres tiene el átomo de oxígeno central.
Dibuja la estructura de Lewis de la molécula de agua, $H_2O$. Indica cuántos pares de electrones compartidos y cuántos pares libres tiene el átomo de oxígeno central.
Compara las moléculas de $CO_2$ y $H_2O$. Con ayuda de la diferencia de electronegatividad y de la geometría de cada molécula, explica por qué ambas tienen enlaces…
Compara las moléculas de $CO_2$ y $H_2O$. Con ayuda de la diferencia de electronegatividad y de la geometría de cada molécula, explica por qué ambas tienen enlaces covalentes polares pero solo una de ellas es una molécula polar. Indica cuál y qué consecuencia tiene esto en su capacidad para disolver sustancias iónicas.
Enlace metálico
Los metales tienen pocos electrones de valencia y los retienen débilmente. En un trozo de cobre o de hierro, los átomos pierden parcialmente esos electrones y forman cationes ordenados; los electrones quedan deslocalizados, moviéndose libremente entre todos los cationes. Es el modelo del mar de electrones.
Este modelo explica las propiedades de los metales:
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Conducen la electricidad y el calor: los electrones libres se mueven y transportan carga y energía.
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Son dúctiles y maleables: al golpear o estirar, las capas de cationes se deslizan unas sobre otras y el mar de electrones sigue envolviéndolos. No hay repulsión entre cargas iguales, así que el metal no se rompe.
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Tienen brillo: los electrones libres interactúan con la luz.
En un laboratorio del colegio se prueban tres sólidos: cloruro de sodio, un trozo de cobre y azúcar (sacarosa). Se mide si conducen la electricidad en estado sólido y…
En un laboratorio del colegio se prueban tres sólidos: cloruro de sodio, un trozo de cobre y azúcar (sacarosa). Se mide si conducen la electricidad en estado sólido y disuelto en agua, y si se disuelven. Se obtiene lo siguiente:
| Sustancia | Conduce sólida | Conduce disuelta | Se disuelve en agua |
|---|---|---|---|
| A | No | Sí | Sí |
| B | Sí | No aplica | No |
| C | No | No | Sí |
Identifica cuál sustancia corresponde a cada letra y explica los resultados a partir del tipo de enlace de cada una.
Del enlace a las propiedades
Las propiedades de una sustancia dependen del tipo de enlace y de su estructura.
| Propiedad | Iónica (NaCl, MgO) | Covalente molecular (H₂O, CO₂, azúcar) | Metálica (Cu, Fe) |
|---|---|---|---|
| Estructura | Red de iones | Moléculas independientes | Red de cationes y electrones libres |
| Punto de fusión | Alto | Bajo | Variable, en general alto |
| Conduce sólida | No | No | Sí |
| Conduce fundida o disuelta | Sí | No (casi siempre) | Sí |
| Solubilidad en agua | Suele ser alta | Depende de la polaridad | Insoluble |
| Dureza | Duros pero frágiles | Blandos | Dúctiles y maleables |
Por qué los puntos de fusión son tan distintos. Fundir $NaCl$ exige vencer la atracción entre iones en toda la red: son fuerzas muy intensas, y el sólido funde a unos 801 °C. En cambio, al evaporar $HCl$ solo se vencen las fuerzas entre moléculas, mucho más débiles; los enlaces covalentes H–Cl dentro de cada molécula no se rompen. Por eso el $HCl$ es un gas a temperatura ambiente.
Conductividad. Para conducir la corriente se necesitan cargas libres para desplazarse. El $NaCl$ sólido tiene iones, pero fijos en la red; fundido o disuelto, los iones se mueven y conduce. El azúcar y el $HCl$ líquido, formados por moléculas neutras, no tienen cargas libres. El cobre conduce siempre por sus electrones libres.
Solubilidad. «Lo semejante disuelve a lo semejante»: el agua es polar y disuelve compuestos iónicos (sus polos atraen a los iones) y sustancias polares como el azúcar, que no se ioniza, por eso su solución no conduce.
Vuelve al principio: la sal de cocina (iónica) no conduce sólida pero sí disuelta; el cobre (metálico) conduce siempre; el azúcar (covalente molecular) no conduce nunca, aunque se disuelva, porque sus moléculas son neutras.
El cloruro de sodio, $NaCl$, funde a unos $801\ °C$, mientras que el cloruro de hidrógeno, $HCl$, es un gas a temperatura ambiente. Compara ambas sustancias en cuanto al…
El cloruro de sodio, $NaCl$, funde a unos $801\ °C$, mientras que el cloruro de hidrógeno, $HCl$, es un gas a temperatura ambiente. Compara ambas sustancias en cuanto al tipo de enlace, la estructura (red cristalina o moléculas) y las fuerzas que hay que vencer para fundirlas o evaporarlas. Argumenta por qué sus puntos de fusión son tan distintos y qué esperarías de la conductividad eléctrica del $NaCl$ fundido frente a la del $HCl$ líquido.
Una empresa de Medellín quiere fabricar cables eléctricos y vajillas, y duda entre usar cobre, óxido de magnesio ($MgO$) o un plástico formado por moléculas covalentes.…
Una empresa de Medellín quiere fabricar cables eléctricos y vajillas, y duda entre usar cobre, óxido de magnesio ($MgO$) o un plástico formado por moléculas covalentes. Analiza cada material según su tipo de enlace y decide cuál es más adecuado para los cables y cuál para recipientes que deben resistir temperaturas muy altas en un horno. Justifica cada decisión con la estructura y el enlace, y explica por qué el cobre puede deformarse sin romperse, mientras que el $MgO$ es frágil.