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Enlaces y cambios químicos · Enlaces y reacciones químicas

Enlace iónico y enlace covalente

Valentina echa sal a la sopa y azúcar al tinto. Las dos son sólidos blancos y se parecen mucho, pero cuando las calienta en la estufa el azúcar se derrite y se oscurece, y la sal ni se inmuta. ¿Por qué se comportan tan distinto? La respuesta está en cómo están unidos sus átomos.

Electrones de valencia

Los átomos tienen electrones en niveles de energía alrededor del núcleo. Los del último nivel, el más externo, son los electrones de valencia. Son los únicos que participan cuando un átomo se une a otro, porque son los que están más a la mano.

Así, el sodio (grupo 1) tiene 1 electrón de valencia y el cloro (grupo 17) tiene 7. El oxígeno (grupo 16) tiene 6.

¿Y por qué se unen los átomos? Los átomos son más estables cuando su último nivel está completo, como el de los gases nobles (8 electrones; el helio, 2). Para lograrlo, ceden, reciben o comparten electrones. Eso es un enlace.

Diagrama de Bohr del sodio con 1 electrón de valencia y del cloro con 7 electrones de valencia 11 p⁺ Sodio (Na): 1 de valencia 17 p⁺ Cloro (Cl): 7 de valencia
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Los electrones de valencia son los que participan en la formación de enlaces. Explica con tus palabras qué son los electrones de valencia y escribe cuántos tiene un…

Los electrones de valencia son los que participan en la formación de enlaces. Explica con tus palabras qué son los electrones de valencia y escribe cuántos tiene un átomo de sodio ($\text{Na}$), que pertenece al grupo 1 de la tabla periódica, y uno de cloro ($\text{Cl}$), que pertenece al grupo 17.

Resolver

Estructuras de Lewis

Dibujar todos los niveles es largo. Gilbert Lewis propuso algo más simple: escribir el símbolo del elemento y poner un punto por cada electrón de valencia alrededor, repartidos en los cuatro lados (arriba, abajo, izquierda y derecha). Primero se pone un punto en cada lado y, si sobran, se completan en parejas.

Elemento Grupo Electrones de valencia Lewis
Na 1 1 Na·
Mg 2 2 ·Mg·
C 14 4 ·Ċ· con 4 puntos
O 16 6 2 parejas y 2 puntos solos
F 17 7 3 parejas y 1 punto solo
Estructuras de Lewis del sodio con 1 punto, del oxígeno con 6 puntos y del flúor con 7 puntos Na O F 1 punto 6 puntos 7 puntos
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En una estructura de Lewis, los electrones de valencia se representan con puntos alrededor del símbolo del elemento. Dibuja la estructura de Lewis de un átomo de flúor…

En una estructura de Lewis, los electrones de valencia se representan con puntos alrededor del símbolo del elemento. Dibuja la estructura de Lewis de un átomo de flúor ($\text{F}$, grupo 17) y de un átomo de oxígeno ($\text{O}$, grupo 16), y indica cuántos puntos lleva cada uno.

Resolver

Enlace iónico: se transfieren electrones

Cuando un metal (pocos electrones de valencia) se encuentra con un no metal (casi completo su último nivel), el metal cede electrones y el no metal los recibe. Los átomos quedan con carga y se llaman iones:

  • el átomo que cede electrones queda con carga positiva: catión (Na⁺);

  • el que recibe electrones queda con carga negativa: anión (Cl⁻).

Las cargas opuestas se atraen con fuerza y los iones quedan unidos: es el enlace iónico.

El sodio cede su electrón de valencia al cloro y se forman los iones Na⁺ y Cl⁻ Na Cl Na⁺ Cl⁻ → El electrón pasa del Na al Cl

Después de la transferencia, el sodio queda con su nivel anterior completo (8) y el cloro con 8 electrones de valencia. Ambos «se parecen» a un gas noble.

Criterio: metal + no metal → enlace iónico.

¿Cuántos átomos de cada uno?

El compuesto es neutro: las cargas positivas deben compensar las negativas. El sodio cede 1 electrón y el cloro recibe 1, así que la fórmula es NaCl. El magnesio cede 2 y cada cloro recibe solo 1, así que hacen falta 2 de cloro: MgCl₂.

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Un átomo de magnesio ($\text{Mg}$) tiene 2 electrones de valencia y un átomo de cloro ($\text{Cl}$) tiene 7. Usando estructuras de Lewis, representa cómo se forma el…

Un átomo de magnesio ($\text{Mg}$) tiene 2 electrones de valencia y un átomo de cloro ($\text{Cl}$) tiene 7. Usando estructuras de Lewis, representa cómo se forma el compuesto iónico cloruro de magnesio. Indica cuántos átomos de cloro se necesitan por cada átomo de magnesio, quién cede y quién recibe electrones, y escribe la fórmula del compuesto.

Resolver

Enlace covalente: se comparten electrones

Si los dos átomos son no metales, ninguno tiene ganas de ceder: los dos quieren completar su nivel. La solución es compartir pares de electrones. Cada par compartido es un enlace covalente y el conjunto de átomos unidos forma una molécula.

En el agua (H₂O), el oxígeno tiene 6 electrones de valencia y necesita 2 más. Cada hidrógeno tiene 1 y necesita 1 más (para tener 2, como el helio). El oxígeno comparte un par con cada hidrógeno.

Estructura de Lewis del agua: el oxígeno comparte un par de electrones con cada hidrógeno y conserva dos pares sin compartir O H H pares sin compartir (2) pares compartidos (2): uno con cada H

En el CO₂, el carbono (4 de valencia) comparte dos pares con cada oxígeno: son enlaces dobles. Lo importante: cada átomo termina con su nivel completo, pero sin que ninguno quede con carga.

Criterio: no metal + no metal → enlace covalente.

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Observa las siguientes sustancias: $\text{NaCl}$ (sal de cocina), $\text{H}2\text{O}$ (agua), $\text{CO}2$ (dióxido de carbono) y $\text{KBr}$ (bromuro de potasio).…

Observa las siguientes sustancias: $\text{NaCl}$ (sal de cocina), $\text{H}_2\text{O}$ (agua), $\text{CO}_2$ (dióxido de carbono) y $\text{KBr}$ (bromuro de potasio). Clasifica cada una según su enlace sea iónico (metal con no metal) o covalente (no metal con no metal), y escribe en una frase el criterio que usaste.

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Dos átomos de hidrógeno ($\text{H}$) y un átomo de oxígeno ($\text{O}$) forman una molécula de agua. Dibuja la estructura de Lewis de la molécula, señala los pares de…

Dos átomos de hidrógeno ($\text{H}$) y un átomo de oxígeno ($\text{O}$) forman una molécula de agua. Dibuja la estructura de Lewis de la molécula, señala los pares de electrones compartidos y los pares no compartidos del oxígeno, y explica por qué este enlace es covalente y no iónico.

Resolver

Un criterio más fino: la electronegatividad

Algunos átomos «jalan» más que otros los electrones del enlace. Esa tendencia se llama electronegatividad; se mide con la escala de Pauling. Cuanto mayor es la diferencia entre los dos átomos, más desigual es el reparto de electrones.

  • Diferencia grande (mayor que aproximadamente 1,7): el más electronegativo se «queda» con el electrón → enlace iónico.

  • Diferencia pequeña: se comparten → enlace covalente.

Enlace Electronegatividades Diferencia Tipo
Na–Cl 0,9 y 3,0 2,1 iónico
H–O 2,1 y 3,5 1,4 covalente

Si la diferencia es muy pequeña, o cero (como en Cl–Cl), el reparto es parejo. En el agua el oxígeno atrae un poco más los electrones, pero no se los lleva del todo.

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Se tienen las electronegatividades (escala de Pauling): $\text{Na} = 0{,}9$, $\text{Cl} = 3{,}0$, $\text{H} = 2{,}1$ y $\text{O} = 3{,}5$. Calcula la diferencia de…

Se tienen las electronegatividades (escala de Pauling): $\text{Na} = 0{,}9$, $\text{Cl} = 3{,}0$, $\text{H} = 2{,}1$ y $\text{O} = 3{,}5$. Calcula la diferencia de electronegatividad en los enlaces $\text{Na}-\text{Cl}$ y $\text{H}-\text{O}$. Con base en esos valores, argumenta cuál de los dos enlaces es iónico y cuál es covalente, y explica por qué la diferencia de electronegatividad permite hacer esa predicción. Dibuja las estructuras de Lewis de ambos casos.

Resolver

Propiedades: ¿sal o azúcar?

El tipo de enlace explica cómo se comporta la sustancia.

Comparación: una red de iones Na⁺ y Cl⁻ muy unidos y moléculas covalentes separadas que se atraen débilmente Sustancia iónica Sustancia covalente iones unidos en una red moléculas independientes poco atraídas entre sí
Propiedad Sustancia iónica (NaCl) Sustancia covalente (azúcar, agua)
Temperatura de fusión Alta (el NaCl funde a unos 801 °C) Baja
Solubilidad en agua Generalmente alta Variable; muchas poco solubles
Conducción de electricidad en agua Sí: los iones se mueven No (las moléculas no tienen carga)

¿Por qué? En la red iónica cada ion está atraído por muchos vecinos con carga opuesta: para separarlos hay que dar mucha energía, por eso funden a temperaturas altas. En las covalentes, lo que hay que vencer son las atracciones débiles entre moléculas, así que basta poca energía. Y para conducir corriente se necesitan partículas con carga que puedan moverse: los iones disueltos pueden; las moléculas neutras no.

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Valentina tiene dos sólidos blancos en la cocina: sal de cocina ($\text{NaCl}$) y azúcar (sacarosa, un compuesto covalente). Los calienta por separado en una cuchara…

Valentina tiene dos sólidos blancos en la cocina: sal de cocina ($\text{NaCl}$) y azúcar (sacarosa, un compuesto covalente). Los calienta por separado en una cuchara metálica sobre la estufa. El azúcar se derrite y se oscurece a temperatura relativamente baja, mientras que la sal no se funde en la estufa. Explica esta diferencia a partir del tipo de enlace de cada sustancia.

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Mariana midió en el laboratorio del colegio las propiedades de dos sustancias desconocidas, A y B: | Propiedad | Sustancia A | Sustancia B | |---|---|---| | Punto de…

Mariana midió en el laboratorio del colegio las propiedades de dos sustancias desconocidas, A y B:

Propiedad Sustancia A Sustancia B
Punto de fusión $801\ °\text{C}$ $-7\ °\text{C}$
Solubilidad en agua Alta Muy baja
Conduce electricidad disuelta en agua Sí No

Argumenta cuál sustancia probablemente tiene enlace iónico y cuál covalente. Justifica cada propiedad de la tabla con lo que sabes sobre la forma en que están unidas las partículas en cada tipo de sustancia, y menciona qué estructura de Lewis esperarías encontrar para cada una (transferencia o compartición de electrones).

Resolver

Vuelve al principio: la sal es iónica (red de iones, muy difícil de fundir) y el azúcar es covalente (moléculas con poca atracción entre sí), y por eso en la estufa de Valentina se comportan tan distinto.

Resumen

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