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2.1.1. Polaridad de las moléculas. ¿Por qué el agua se mezcla homogéneamente con el alcohol y no es capaz de mezclarse con el aceite? La solubilidad es una propiedad física que se relaciona directamente con la polaridad de las moléculas. En esta parte, aprenderemos a establecer si una molécula es polar o no polar (apolar). La polaridad es una propiedad de las moléculas que representa la separación de las cargas eléctricas dentro de la molécula, según el número y tipo de enlaces que posea. El enlace covalente entre dos átomos puede ser polar o apolar. Esto depende del tipo de átomos que lo conforman: si los átomos son iguales, el enlace será apolar (ya que ningún átomo atrae con más fuerza los electrones).
Pero, si los átomos son diferentes, el enlace estará polarizado hacia el átomo más electronegativo, ya que será el que atraiga el par de electrones con más fuerza. Consideremos el enlace H-H y H-F: Vemos que en el enlace H-H ningún átomo es más electronegativo que el otro. Por tanto, el par de electrones no se polariza y podemos decir que el momento dipolar (μ) es cero En el caso del enlace H-F, el flúor es más electronegativo que el hidrógeno. Por tanto, el par de electrones se siente atraído hacia el flúor. Podemos representar esta polarización del enlace por medio de una flecha, que SIEMPRE apunta al átomo más electronegativo. En el caso del H-F, el momento dipolar (μ) es diferente de cero.
Sin embargo, ambos dipolos tienen igual magnitud pero sentido opuesto. Si sumamos tales vectores dipolo, se eliminarán, dando un momento dipolar total de cero. Por tanto, la molécula de CO 2 es apolar. Veamos qué pasa ahora en la molécula de agua (H 2 O): Sin embargo, en este caso debemos recordar que la molécula de agua no es lineal, sino angular. Por tanto, tales vectores, al ser sumados, no se eliminarán, sino que darán un vector resultante tal como se muestra a continuación: Por tanto, la molécula de agua es polar : tiene un momento dipolar resultante.
- Recuerda
- Cada enlace compuesto por átomos diferentes genera un vector dipolo, el cual apunta hacia el átomo más electronegativo.
- Una molécula tendrá tantos vectores como enlaces covalentes tenga.
- Si los vectores no se anulan, entonces la molécula será polar. Las moléculas con geometría tetraédrica también pueden ser apolares, aunque resulta más difícil representar tales vectores en una molécula tridimensional. Veamos la molécula de metano (CH 4 ): El carbono es ligeramente más electronegativo que el hidrógeno. Por tanto, tenemos lo siguiente: Al momento de sumar los vectores, éstos se anularán, debido a la simetría de la molécula. Por tanto, la molécula de metano es apolar
¿Y por qué es importante la polaridad? Pues porque en química se dice que “lo semejante se mezcla con lo semejante”. Aquellas sustancias polares tienden a mezclarse entre sí, mientras que las apolares prefieren mezclarse con sustancias apolares. El aceite es una sustancia apolar, y podemos verificar esto al mezclar aceite con agua (sustancia polar): se generan dos fases. No existe la misma polaridad y, por tanto, no se mezclan. 2.1.2 Fuerzas intramoleculares: Enlaces iónico, covalente y metálico.
- Enlaces iónicos : El enlace iónico está presente en todos los compuestos iónicos, es decir, aquellos formados por la unión de un catión y un anión.
- Recuerda que:
- Forman cationes aquellos elementos con baja energía de ionización (izquierda de la tabla), principalmente los metales de los grupos 1 y 2 de la tabla periódica.
- Por otro lado, los elementos con alta energía de ionización (no metales de la derecha de la tabla periódica) tienden a ganar electrones y, por tanto, forman con facilidad aniones , al ganar un electrón.
- En consecuencia, el enlace iónico se forma cuando un metal cede electrones a un no metal. El metal se vuelve catión, alcanzando la configuración de gas noble, y el no metal, aceptando electrones, completa su octeto, adquiriendo también una configuración más estable. La atracción entre catión y anión es una fuerza electrostática, denominada enlace iónico.
Observa la configuración electrónica de cada elemento después de la transferencia de electrones (lado derecho de la ecuación). Ambos elementos han alcanzado la configuración del gas noble más cercano. Observaciones :
- La fuerza que mantiene juntos a los componentes del fluoruro de litio es la atracción electrostática que se da entre el catión litio (carga positiva) con el anión flúor (carga negativa).
- El compuesto final es eléctricamente neutro (no es un catión o anión). Esto se denomina PRINCIPIO DE ELECTRONEUTRALIDAD.: todo compuesto iónico debe ser neutro. Aplicando el principio de electro neutralidad, podemos deducir cuál será el compuesto iónico que se formará entre el magnesio y el cloro:
El magnesio (Mg), elemento del grupo 2, tiene dos electrones de valencia. Para alcanzar la configuración de gas noble debe perder dos electrones, formando iones Mg 2+ . El Cloro (Cl), elemento del grupo 7, tiene siete electrones de valencia. Para alcanzar la configuración de gas noble tiene que ganar un electrón., y forma el anión Cl
- . Usando el principio de electroneutralidad, necesitamos dos aniones cloro (Cl
) por cada catión magnesio (Mg 2+ ) para obtener un compuesto estable. Entonces, la ecuación de formación del cloruro de magnesio será:
- Enlace Covalentes .- La mayoría de sustancias químicas no posee las características de los compuestos iónicos (no conducen la corriente en estado líquido o poseen alto punto de fusión). Ejemplos son la gasolina o el agua: ambas sustancias son líquidas a temperatura ambiente. Estas propiedades diferentes deben explicarse según otro modelo de enlace, donde no existe una transferencia de electrones de una especie a otra. En el caso del enlace covalente , las especies que lo forman son no metales (exclusivamente). Cuando dos no metales se unen, comparten sus electrones , siempre intentando alcanzar la configuración del gas noble más cercano (8 electrones alrededor de cada átomo).
Los No metales (destacados en morado) que forman enlaces covalentes:
- Representemos ahora la formación de la molécula de HCl (ácido clorhídrico): La compartición del par de electrones permite que cada átomo tenga configuración de gas noble: el hidrógeno tiene alrededor de él dos electrones (configuración electrónica del helio), mientras que el cloro está rodeado de ocho electrones (configuración electrónica del argón).
- IMPORTANTE Para representar el enlace se emplea un guión en vez de los dos puntos. Sin embargo, los pares libres sí se representan como dos puntos. Así, las estructuras de Lewis correctamente dibujadas del H 2 y del HCl son:
- Observaciones
- Las sustancias que solamente tienen enlaces covalentes y son eléctricamente neutras (sin carga) se denominan moléculas.
- El enlace covalente está limitado exclusivamente a no metales. Un metal (como sodio o hierro) no puede formar un enlace covalente.
- Enlaces Metalicos: El enlace metálico es aquel que mantiene fuertemente unidos los átomos de los elementos metálicos. Está presente en los metales y define todas sus propiedades físicas que los caracterizan como materiales duros, dúctiles, maleables y buenos conductores del calor y la electricidad. De todos los enlaces químicos, el enlace metálico es el único donde los electrones no se encuentran localizados exclusivamente entre un par de átomos, sino que se deslocalizan entre millones de ellos en una especie de pegamento o «mar de electrones» que los mantienen fuertemente unidos o cohesionados.
El enlace metálico se comprueba examinando las propiedades de los elementos metálicos, así como las de sus aleaciones. Estos integran una serie de materiales brillantes, plateados, tenaces, duros, que tienen además altos puntos de fusión y ebullición. 2.1.3 Fuerzas Intermoleculares: Puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals (fuerzas de Keesom, Debye y London). Dentro de una molécula, los átomos están unidos mediante fuerzas intramoleculares (enlaces iónicos, metálicos o covalentes, principalmente). Estas son las fuerzas que se deben vencer para que se produzca un cambio químico. Son estas fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades químicas de las sustancias. Sin embargo existen otras fuerzas intermoleculares que actúan sobre distintas moléculas o iones y que hacen que éstos se atraigan o se repelan. Estas fuerzas son las que determinan las propiedades físicas de las sustancias como, por ejemplo, el estado de agregación, el punto de fusión y de ebullición, la solubilidad, la tensión superficial, la densidad, etc.
Por lo general son fuerzas débiles pero, al ser muy numerosas, su contribución es importante. La figura inferior resume los diversos tipos de fuerzas intermoleculares.
