En esta lección
Llévatelo
- Diapositivas de la lección (en inglés) (PDF)
- Hoja de práctica (próximamente)
- Tabla periódica (en inglés) (actividad)
Pregunta esencial
¿Qué determina el tipo de enlace entre dos átomos?
En la Unidad 1 estudiamos los átomos de uno en uno. Ahora veremos qué pasa cuando los átomos se juntan. Al terminar esta lección, deberías poder observar dos átomos, afirmar cómo se enlazan y respaldar tu afirmación con evidencia.
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Electronegatividad (EN)
La electronegatividad es la fuerza con la que un átomo atrae los electrones que comparte en un enlace. Una electronegatividad alta significa una atracción fuerte.
- Aumenta de izquierda a derecha en un periodo
- Disminuye hacia abajo en un grupo
- El flúor es el elemento más electronegativo.
Los gases nobles del extremo derecho están en blanco. Casi nunca forman enlaces, así que normalmente se dejan fuera de esta tendencia.
Ley de Coulomb
F ∝ q1q2 / r2
- F = fuerza de atracción
- q1, q2 = las dos cargas
- r = distancia entre las cargas
Cargas más grandes o una distancia más pequeña → atracción más fuerte. Como r está elevada al cuadrado, la distancia tiene un efecto enorme. En un átomo, una carga es el núcleo positivo, la otra es un electrón de valencia, y r es qué tan lejos está ese electrón de valencia del núcleo. Esta es la razón detrás de las dos tendencias de la electronegatividad.
Por qué la EN aumenta a lo largo de un periodo
- Mismo nivel de energía, más protones
- Los electrones de valencia se atraen con más fuerza
- Li → F: la EN aumenta
El litio y el flúor están en el periodo 2, así que sus electrones de valencia están en el segundo nivel. Los dos átomos tienen los mismos dos electrones internos que apantallan el núcleo, por lo que el electrón de valencia del litio siente una carga neta de alrededor de +1, mientras que los electrones de valencia del flúor sienten alrededor de +7. Más carga a casi la misma distancia significa una atracción más fuerte. Eso también hace que el átomo de flúor sea más pequeño.
Por qué la EN disminuye hacia abajo en un grupo
- Un nivel adicional de electrones
- Los electrones de valencia están más lejos (r más grande)
- F → Cl: la EN disminuye
El cloro tiene más protones (17), pero sus protones adicionales quedan casi cancelados por sus electrones internos adicionales, así que los electrones de valencia de ambos átomos sienten más o menos la misma carga neta. La gran diferencia es la distancia. Los electrones de valencia del cloro están en el tercer nivel, más lejos del núcleo. Como r está elevada al cuadrado en la ley de Coulomb, una distancia mayor significa una atracción más débil.
Enlace covalente no polar
- Los electrones se comparten por igual
- Átomos con EN igual o muy parecida
- Los enlaces C–H se consideran no polares
En el Cl2, los dos átomos tienen la misma electronegatividad, así que atraen los electrones compartidos por igual y la nube de electrones está equilibrada. Los átomos no tienen que ser idénticos: el carbono (2.6) es un poco más electronegativo que el hidrógeno (2.2), pero la diferencia es tan pequeña que los enlaces C–H se tratan como prácticamente no polares.
Enlace covalente polar
- Los electrones se comparten de forma desigual
- El átomo con mayor EN recibe una carga parcial negativa (δ−)
- El otro átomo recibe δ+
En el HCl, el cloro es más electronegativo, así que atrae los electrones compartidos hacia él. Son cargas parciales, no cargas completas, porque los electrones todavía se están compartiendo. La flecha de dipolo apunta hacia el átomo más electronegativo (δ−), y la cruz en su cola marca el extremo δ+.
A mayor ΔEN, mayor dipolo de enlace
- ΔEN = diferencia de electronegatividad (EN mayor − EN menor)
- Mayor ΔEN → mayor dipolo de enlace
De H–I a H–F, el halógeno es cada vez más electronegativo, así que la ΔEN crece de 0.46 a 1.78 y el dipolo de enlace se hace más grande. Esto coincide con la tendencia periódica: el flúor está en la parte superior del grupo 17, así que es el que atrae con más fuerza.
Un continuo de enlaces
- Todos los enlaces polares tienen algo de carácter iónico
- No hay una línea precisa entre covalente e iónico
A medida que aumenta la ΔEN, el reparto es cada vez más desigual, hasta que un átomo se queda básicamente con los electrones y llamamos al enlace iónico. El HCl (ΔEN = 0.96) es en su mayor parte covalente, pero también es en parte iónico.
Consejo para el examen: quizás aprendiste números de corte en otra clase, pero en Química AP, trata el tipo de enlace como un cambio gradual, no como cajas separadas.
Enlace iónico
- El metal transfiere electrones al no metal
- Forma iones + y −
- Las cargas opuestas se atraen (ley de Coulomb)
El sodio tiene una electronegatividad baja y pierde su único electrón de valencia. El cloro tiene una electronegatividad alta y gana ese electrón. El ion Na+ es más pequeño que el átomo de sodio porque perdió su nivel externo, y el ion Cl− es más grande que el átomo de cloro porque el electrón adicional aumenta la repulsión. El enlace iónico es la atracción de Coulomb entre estas cargas opuestas.
¿Metal o no metal?
- Metal + no metal → normalmente iónico
- No metal + no metal → normalmente covalente
- La ΔEN es una guía, no toda la historia
El fluoruro de hidrógeno tiene una ΔEN de 1.78, que es bastante grande. Pero el HF está formado por dos no metales y es un gas a temperatura ambiente, no un sólido iónico duro. Es una molécula covalente polar. La mejor manera de decidir el tipo de enlace es observar las propiedades de la sustancia.
Enlace metálico
- Cationes metálicos en un patrón regular
- Los electrones de valencia están deslocalizados
- Electrones que no pertenecen a un solo átomo
El enlace metálico es la atracción entre los cationes metálicos positivos y un “mar” de electrones móviles. Esos electrones móviles son la razón por la que los metales conducen tan bien la electricidad. El Tema 2.4 profundiza en los metales.
Las propiedades revelan el tipo de enlace
Las propiedades son la mejor evidencia del tipo de enlace.
| Iónico | Covalente (molecular) | Metálico | |
|---|---|---|---|
| Punto de fusión | Alto | Bajo | Con frecuencia alto |
| ¿Conduce como sólido? | No | No | Sí |
| ¿Conduce cuando está fundido? | Sí | No | Sí |
Para conducir electricidad, una sustancia necesita partículas con carga que puedan moverse. Los metales conducen como sólidos gracias a sus electrones deslocalizados. Los sólidos iónicos no conducen porque los iones están fijos en su lugar, pero una vez fundidos, los iones quedan libres para moverse. Las sustancias moleculares no tienen iones ni electrones libres, así que tampoco conducen en ningún estado. Los sólidos covalentes de red, como el diamante, son una excepción con puntos de fusión muy altos. Los veremos más adelante en la unidad.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Orden de polaridad de enlaces
Usa los valores de electronegatividad para ordenar estos enlaces del menos polar al más polar: C–H, N–H, O–H. (Valores de EN: H = 2.2, C = 2.6, N = 3.0, O = 3.4)
Mostrar la solución
- Ecuación: ΔEN = EN mayor − EN menor. Resta el valor menor del mayor para que la ΔEN sea positiva.
- C–H: 2.6 − 2.2 = 0.4
- N–H: 3.0 − 2.2 = 0.8
- O–H: 3.4 − 2.2 = 1.2
- Respuesta: C–H < N–H < O–H (del menos polar al más polar). Una ΔEN mayor significa un dipolo de enlace mayor.
- Revisa con la tendencia: C, N y O están en el periodo 2, de izquierda a derecha. La EN aumenta a lo largo de un periodo, así que el oxígeno atrae con más fuerza los electrones compartidos. La respuesta coincide.
Ejemplo 2: Cargas parciales
En un enlace N–O, ¿qué átomo tiene la carga parcial negativa (δ−)? Justifica tu afirmación usando la estructura atómica.
Mostrar la solución
- Afirmación: el oxígeno tiene la carga parcial negativa.
- Evidencia: el nitrógeno tiene 7 protones y el oxígeno tiene 8. Los dos están en el periodo 2, así que sus electrones de valencia están en el mismo nivel de energía (n = 2), más o menos a la misma distancia del núcleo.
- Razonamiento (ley de Coulomb): más carga a la misma r → atracción más fuerte. El núcleo del oxígeno atrae con más fuerza los electrones compartidos, así que el oxígeno es más electronegativo.
- Respuesta: el O es δ− y el N es δ+. La flecha de dipolo apunta hacia el O.
Ejemplo de justificación para el examen: El oxígeno tiene la carga parcial negativa. El oxígeno tiene un protón más que el nitrógeno, y los electrones de valencia de ambos átomos están en el segundo nivel de energía. Con una mayor carga nuclear a casi la misma distancia, el oxígeno atrae con más fuerza los electrones compartidos, así que los electrones pasan más tiempo cerca del oxígeno.
Ejemplo 3: Identificación del tipo de enlace
Un sólido blanco se funde a 801 °C. No conduce la electricidad como sólido, pero sí cuando está fundido. ¿Qué tipo de enlace hay? Justifica tu respuesta.
Mostrar la solución
- Punto de fusión: 801 °C es alto, así que las partículas se mantienen unidas por atracciones fuertes. Eso descarta una sustancia covalente molecular.
- El sólido no conduce: un metal conduciría como sólido por sus electrones deslocalizados, así que este no es metálico.
- Conduce cuando está fundido: las partículas con carga (iones) que estaban fijas en el sólido quedan libres para moverse en el líquido.
- Respuesta: enlace iónico. Estas son las propiedades del cloruro de sodio, la sal de mesa, pero las propiedades por sí solas son evidencia suficiente.
Práctica
La hoja de práctica llegará pronto.
Explora la tabla periódica
Consulta las propiedades de cada elemento y colorea la tabla por radio atómico, electronegatividad o energía de ionización para ver las tendencias. La actividad está en inglés.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- La electronegatividad es la atracción de un átomo sobre los electrones compartidos. Aumenta a lo largo de un periodo y disminuye hacia abajo en un grupo.
- Reparto igual → covalente no polar. Reparto desigual → covalente polar.
- Transferencia de electrones → iónico. Electrones deslocalizados → metálico.
- El tipo de enlace es un continuo, y las propiedades son la mejor evidencia.
De vuelta a la pregunta esencial: el tipo de enlace depende de los átomos involucrados, sobre todo de su electronegatividad y de si son metales o no metales, y lo confirmamos con las propiedades de la sustancia. A continuación, el Tema 2.2 estudia la energía que interviene en la formación de un enlace.
Alineación con AP
Esta lección cubre el Tema 2.1, Tipos de enlaces químicos, de la Unidad 2 (Estructura y propiedades de los compuestos) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:
- 2.1.A: Explicar la relación entre el tipo de enlace y las propiedades de los elementos que participan en el enlace.
Conocimiento esencial: 2.1.A.1, 2.1.A.2, 2.1.A.3, 2.1.A.4, 2.1.A.5
Habilidad sugerida: 6.A Argumentación. Formular una afirmación científica.