Taller de Quimica

¿COMO SE FORMAN LOS COMPUESTOS QUÍMICOS EXISTENTES EN LA NATURALEZA?

Enlace químico 

Un enlace químico corresponde a la fuerza que une o enlaza a dos átomos, sean estos iguales o distintos. Los enlaces se pueden clasificar en tres grupos principales: enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces dativos. Los enlaces se producen como resultado de los movimientos de los electrones de los átomos, sin importar el tipo de enlace que se forme. Pero no cualquier elecrtrón, puede formar un enlace, sino solamente los electrones del último nivel energético (más externo). A estos electrones se les llama electrones de valencia. En este capítulo analizaremos las características de cada tipo de enlace, como también veremos diferentes maneras de representarlos en el papel. Partiremos definiendo lo que es un enlace iónico.

Ley del octeto

Según la regla del octeto, los átomos son más estables cuando consiguen ocho electrones en la capa de valencia, sean pares solitarios o compartidos mediante enlace covalente. Sin embargo, hay algunas excepciones. Por ejemplo, el hidrógeno tiene un sólo orbital en su capa de valencia, la cual puede aceptar como máximo dos electrones; por eso, solo puede compartir su orbital con sólo un átomo formando un sólo enlace. Por otra parte, los átomos no metálicos a partir del tercer período pueden formar "octetos expandidos" es decir, pueden contener más que ocho electrones en su capa de valencia.

Energía de ionización

La energía de ionización, potencial de ionización o E_I es la energía necesaria para separar un electrón en su estado fundamental de un átomo, de un elemento en estado gaseoso.¹ La reacción puede expresarse de la siguiente forma:

.

Siendo  los átomos en estado gaseoso de un determinado elemento químico; , la energía de ionización y  un electrón.

Esta energía corresponde a la primera ionización. El segundo potencial de ionización representa la energía precisa para sustraer el segundo electrón; este segundo potencial de ionización es siempre mayor que el primero, pues el volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza electrostática atractiva que soporta este segundo electrón es mayor en el ion positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear.

El potencial o energía de ionización se expresa en electronvoltios, julios o en kilojulios por mol (kJ/mol).

1 eV = 1,6 × 10^-19 C × 1 V = 1,6 × 10^-19 J

En los elementos de una misma familia o grupo, el potencial de ionización disminuye a medida que aumenta el número atómico, es decir, de arriba abajo.

Sin embargo, el aumento no es continuo, pues en el caso del berilio y el nitrógeno se obtienen valores más altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros elementos del mismo periodo. Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las configuraciones s² y s² p³, respectivamente.

La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía para arrancar los electrones.

Afinidad Electrónica

La afinidad eléctrica, afinidad electrónica o AE es la energía intercambiada cuando un átomo neutro, gaseoso, y en su estado fundamental, capta un electrón y se convierte en un ión mononegativo.

La afinidad electrónica es la cantidad de energía absorbida por un átomo aislado en fase gaseosa para formar un ión con una carga eléctrica de −1. Si la energía no es absorbida, sino liberada en el proceso, la afinidad electrónica tendrá, en consecuencia, valor negativo tal y como sucede para la mayoría de los elementos químicos; en la medida en que la tendencia a adquirir electrones adicionales sea mayor, tanto más negativa será la afinidad electrónica. De este modo, el flúor es el elemento que con mayor facilidad adquiere un electrón adicional, mientras que el mercurio es el que menos.

Aunque la afinidad electrica parece variar de forma caótica y desordenada a lo largo de la tabla periódica, se pueden apreciar patrones. Los no metales tienen afinidades electrónicas más bajas que los metales, exceptuando los gases nobles que presentan valores positivos por su estabilidad química, ya que la afinidad electrónica está influenciada por la regla del octeto.

Electronegatividad 

La electronegatividad es una medida de la capacidad de un átomo (o de manera menos frecuente un grupo funcional) para atraer a los electrones, cuando forma un enlace químico en una molécula.¹ También debemos considerar la distribución de densidad electrónica alrededor de un átomo determinado frente a otros distintos, tanto en una especie molecular como en sistemas o especies no moleculares. El flúor es el elemento con más electronegatividad, el Francio es el elemento con menos electronegatividad.

La electronegatividad de un átomo determinado está afectada fundamentalmente por dos magnitudes: su masa atómica y la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al núcleo atómico. Esta propiedad se ha podido correlacionar con otras propiedades atómicas y moleculares. Fue Linus Pauling el investigador que propuso esta magnitud por primera vez en el año 1932, como un desarrollo más de su teoría del enlace de valencia.² La electronegatividad no se puede medir experimentalmente de manera directa como, por ejemplo, la energía de ionización, pero se puede determinar de manera indirecta efectuando cálculos a partir de otras propiedades atómicas o moleculares.

Se han propuesto distintos métodos para su determinación y aunque hay pequeñas diferencias entre los resultados obtenidos todos los métodos muestran la misma tendencia periódica entre los elementos.

El procedimiento de cálculo más común es el inicialmente propuesto por Pauling. El resultado obtenido mediante este procedimiento es un número adimensional que se incluye dentro de la escala de Pauling. Esta escala varía entre 0,7 para el elemento menos electronegativo y 4,0 para el mayor.

Es interesante señalar que la electronegatividad no es estrictamente una propiedad atómica, pues se refiere a un átomo dentro de una molécula³ y, por tanto, puede variar ligeramente cuando varía el "entorno"⁴ de un mismo átomo en distintos enlaces de distintas moléculas. La propiedad equivalente de la electronegatividad para un átomo aislado sería la afinidad electrónica o electroafinidad.

Valencia (Química)

La valencia, es el número de electrones que tiene un elemento en su último nivel de energía, son los que pone en juego durante una reacción química o para establecer un enlace con otro elemento. Hay elementos con más de una valencia, por ello se reemplaza a este concepto con el de números de oxidación que a fin de cuentas representa lo mismo. A través del siglo XX, el concepto de valencia ha evolucionado en un amplio rango de aproximaciones para describir el enlace químico, incluyendo la estructura de Lewis(1916), la teoría del enlace de valencia (1927), la teoría de los orbitales moleculares (1928), la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (1958) y todos los métodos avanzados de química cuántica.

Numero de oxidación

Los compuestos quimicos son eléctricamente neutros, excepto los iones cuando los consideramos separadamente. Es decir, la carga que aporten todos los átomos de un compuesto tiene que ser globalmente nula, debemos tener en un compuesto tantas cargas positivas como negativas. Respecto a los iones, se dice que quedan con carga residual.

Para entender qué significa esto de que un compuesto sea eléctricamente neutro, veamos un ejemplo: tomemos el caso del ácido sulfúrico (H₂SO₄):

+1	+6	−2
H2 a	S b	O4 c
a   +	b  +	c	= 0
+2	+6	−8	= 0

El número que aparece sobre el símbolo del elemento debe colocarse como superíndice y con el signo más (+) o el menos (−) puesto a su izquierda, para diferenciarlo del número de carga de los iones en que el signo se pone a la derecha del digito. Así,  H⁺¹para indicar el número de oxidación del Hidrógeno (+1) y Ca²⁺ para indicar ión Calcio(2+).

Siguiendo la explicación de nuestro cuadro, los elementos se  han identificado con las letras a, b y c para mostrar la ecuación que debe ser igual a cero.

Ahora bien, ese número de arriba representa algo que se llama número de oxidación o estado de oxidación y representa la carga electrica que aporta cada átomo en el compuesto y que sumadas debe ser igual a cero (eléctricamente neutro).

Pero, en nuestro ejemplo, + 1 + 6 − 2 es igual a  +7 −2 = 5  (no es igual a cero como debería ser). Claro, pero debemos fijarnos en que son dos átomos de hidrógeno (H₂), un átomo de azufre (S) y cuatro

 átomos de oxígeno (O₄), así es que ese numerito de arriba se debe multiplicar por el número de átomos de cada elemento que participa en el compuesto, y nos quedará  +2 +6 −8 = 0.

Resuelve:

1. Qué entiendes por enlace químico?
2. Identifique y defina las propiedades que debe tener todo enlace químico para su formación?
3. Qué diferencia encuentras entre número de oxidación y valencia de un elemento?
4. Cuales son los diferentes tipos de enlaces que existen defina los y de ejemplos?

Respuesta: 

1. Qué entiendes por enlace químico?

Yo Entiendo por enlace químico que es la fuerza que existe entre dos o más átomos, esta fuerza es justamente lo que mantiene unidos a ambos átomos para formar las moléculas, pero es importante saber que, para enlazarse entre sí, los átomos deben ceder, aceptar o compartir electrones.

2. Identifique y defina las propiedades que debe tener todo enlace químico para su formación?

A continuación veremos una breve descripción sobre cada uno de los tipos de enlaces químicos:

Enlace ionicos: que son aquellos que cuando un átomo regala un electrón a otro átomo estos se unen debido a la electronegatividad producida.

Enlace Covalente: que es cuando dos átomos comparten electrones para lograr estabilidad. esta se divide en No polares que son una misma clase de átomo

Polares: que dos átomos distintos comparten un electro.

Enlace Coordinado: cuando tres átomos comparten electrones.

Enlace Metálico: cuando se unen dos metales

Puente de hidrógeno: que es cuanto un átomo de hidrógeno conecta diferentes elementos electronegativos. También pueden ser por fuerza de London o Dipolo-Dipolo

3.Qué diferencia encuentras entre número de oxidación y valencia de un elemento?

VALENCIA (QUIMICA)

 La valencia, es el número de electrones que tiene un elemento en su último nivel de energía, son los que pone en juego durante una reacción química o para establecer un enlace con otro elemento. Hay elementos con más de una valencia, por ello se reemplaza a este concepto con el de números de oxidación que a fin de cuentas representa lo mismo. A través del siglo XX, el concepto de valencia ha evolucionado en un amplio rango de aproximaciones para describir el enlace químico, incluyendo

la estructura de Lewis(1916),

la teoría del enlace de valencia (1927),

la teoría de los orbitales moleculares (1928), 

la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (1958) y todos los métodos avanzados de química cuántica.

NUMERO DE OXIDACION 

El número de oxidación es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado. 

El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos  Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos.

Se denomina número de oxidación a la carga que se le asigna a un átomo cuando los electrones de enlace se distribuyen según ciertas reglas un tanto arbitrarias.

Las reglas para colocar un numero de oxidacion son:

1. El número de oxidación de todos los elementos en estado libre (no combinados con otros) es de cero (p. ej., Na, Cu, Mg, H₂, O₂, Cl₂, N₂).
2. El número de oxidación del H es de +1, excepto en los hidruros metálicos, en los que es de -1 (p. ej., NaH, CaH₂).
3. El número de oxidación del O es de -2, excepto en los peróxidos , en los que es de -1, en los superoxidos  que es -1/2 y en el OF₂, donde es de +2.
4. El número de oxidación del elemento metálico de un compuesto iónico es positivo.
5. En los compuestos covalentes, el número de oxidación negativo se asigna al átomo más electronegativo.
6. La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos de un compuesto es cero.
7. La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos de un ion poliatómico es igual a la carga del ion

                                           

Entonces: 

El número de oxidación o estado de oxidación es la carga total asignada a un átomo dentro de un compuesto, y se calcula como la diferencia entre el número de protones y el de electrones asignados al átomo. Puesto que el número de protones de un átomo es fijo, este número nos dará la cantidad de electrones libres que tienen el átomo en la última capa. Es un número que puede ser positivo o negativo. 

La valencia o número de valencia es el número de electrones que comparte un átomo en un enlace iónico o covalente. Es un concepto en desuso, más apropiado para compuestos covalentes, y que nos indica el número de enlaces o uniones iónicas que puede formar en un momento dado un átomo. Es un número que siempre es positivo. 

Ambos conceptos tienden a confundirse porque están relacionados con el enlace químico. Se utilizan para explicar la proporción en que los distintos átomos reaccionan para formar compuestos. En general, el número de oxidación es la valencia con el signo positivo o negativo según tome o ceda electrones en el enlace. 

4. Cuales son los diferentes tipos de enlaces que existen defina los y de ejemplos?

Enlance ionico: 

Es la union que resulta  de la presencia de de fuerzas de atraccion electrostatica entre iones de distinto signo. Se da cuando uno de los atomos capta electrones del otro. Un electron abandona al atomo  menos electronegativo y pasa a formar parte  de la nube del mas electronegativo, de esta manera se crea dos iones de carga contraria (cation y anion). La diferencia de carga de los iones provoca una fuerza de interaccion electromagnetica que mantiene unidos a los dos atomos. Metal con No-Metal 

Ejemplos:

1. Cloruro de Sodio (NaCl)
2. Cloruro de Potasio (KCl)
3. Ioduro de Potasio (KI)
4. Oxido de Hierro (FeO)
5. Cloruro de Plata (AgCl)
6. Oxido de Calcio (CaO)
7. Bromuro de Potasio (KBr)
8. Oxido de Zinc (ZnO)
9. Oxido de Berilio (BeO)
10. Cloruro de Cobre (CuCl2)

Enlace covalente polar:

Si los átomos son no metales pero distintos (como en el óxido nítrico, NO), los electrones son compartidos en forma desigual y el enlace se llama covalente polar (polar porque la molécula tiene un polo eléctrico positivo y otro negativo, y covalente porque los átomos comparten los electrones, aunque sea en forma desigual).

Se establece entre átomos con electronegatividades próximas pero no iguales.

Estas sustancias no conducen la electricidad ni tienen brillo, ductilidad o maleabilidad.

Veamos un ejemplo:

¿Qué tipo de enlace se formará entre H y O?

Según la Tabla de Electronegatividades de Pauli, el Hidrógeno tiene una electronegatividad de 2,2  y el Oxígeno 3,44, por lo tanto la diferencia de electronegatividades será: 3,44 – 2,2 = 1,24.

El resultado de la operación entrega 1,24 cifra que es menor que 2,0 y mayor que 0,5.

Por lo tanto, el enlace será covalente polar. Además, si no se conociera la electronegatividad de los elementos bastaría saber que son dos no metales distintos para definir su enlace como covalente polar.

Ejemplos:

H2O (agua) 

NH3 (amoníaco) 
HCl (ácido clorhídrico) 
H2S (ácido sulfhídrico) 
SO2 (dióxido de azufre) 

Enlace coordinado:

Se establece por compartición de electrones entre dos átomos, pero sólo un átomo aporta el par de electrones compartidos.

Ejemplos:

1) H20 agua 

2)C02 dioxido de carbono 

3) Cl2 cloro biatomico 

4) BF3 floruro de bromo 

5) PCl5 cloruro de fosforo. 

Enlaces metálicos:

Los elementos metálicos sin combinar forman redes cristalinas con elevado índice de coordinación. Hay tres tipos de red cristalina metálica: cúbica centrada en las caras, con coordinación doce; cúbica centrada en el cuerpo, con coordinación ocho, y hexagonal compacta, con coordinación doce. Sin embargo, el número de electrones de valencia de cualquier átomo metálico es pequeño, en todo caso inferior al número de átomos que rodean a un dado, por lo cual no es posible suponer el establecimiento de tantos enlaces covalentes.

En el enlace metálico, los átomos se transforman en iones y electrones, en lugar de pasar a un átomo adyacente, se desplazan alrededor de muchos átomos. Intuitivamente, la red cristalina metálica puede considerarse formada por una serie de átomos alrededor de los cuales los electrones sueltos forman una nube que mantiene unido al conjunto.

Ejemplos:

Hierro 

Cinc 
Paladio 
Plata 
Platino 
Cobre 
Magnesio 
Sodio (inestable en contacto con la humedad, se oxida liberando calor) 
Potasio (inestable en contacto con la humedad, se oxida liberando calor) 
Mercurio (es el único que es líquido a T ambiente)

Enlace de hidrogeno:

Se produce cuando un atomo de hidrogeno se encuentra entre dos o mas atomos electronegativos estableciendo un vinculo entre ellos.

Ejemplos:

agua (H2O) 
amoniaco (NH3) 
acido sulfhídrico (H2S) 
acido clorhidrico (HCl) 
acido bromhidrico (HBr)

Web grafia:

http://es-puraquimica.weebly.com/enlaces-quimicos.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_met%C3%A1lico

http://www.unlu.edu.ar/~qui10017/Quimica%20COU%20muestra%20para%20IQ10017/Capitulo%20III.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Valencia_(qu%C3%ADmica)

http://infoquimica.com/enlaces-quimicos/

http://amolacienciaclcgs.blogspot.com/2011/05/ley-del-octeto.html

http://www.unlu.edu.ar/~qui10017/Quimica%20COU%20muestra%20para%20IQ10017/Capitulo%20III.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Regla_del_octeto

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_ionizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Afinidad_electr%C3%B3nica

http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4860/html/2_nmero_de_oxidacin.html

Videos

1. https://www.youtube.com/watch?v=Jw83nWI9jCA.
2. https://www.youtube.com/watch?v=85XmStwDdJo.
3. https://www.youtube.com/watch?v=qUvAmDCJ16s.
4. https://www.youtube.com/watch?v=__erdLamBVE.

https://www.youtube.com/watch?v=vP_bpTxydNo