ENLACE QUIMICO.CONCEPTO:El enlace qumico es un fenmeno asociado
a fuerzas de naturaleza elctrica o magntica que
mantieneunidosatomos,ionesymolculasparalograrsistemasmsestablesquese
caracterizan por tener menor energa.EN LA MESA de casi todas las
cafeteras encontramos dos sustancias cristalinas blancas: sal de
mesayazcargranulada.Apesardesuaspectotansimilar,lasalyelazcarsonmuy
diferentes en su composicin qumica.La sal de mesa es clorurode
sodio, a!l, que consisteenionessodio, , y ionescloruro, . "a
estructurasemantieneunidosgraciasalasatraccionesentrelosionesdecargaopuesta,que
llamamos enlaces inicos.El azcar granulada,en cambio, nocontiene
iones# consta de molculas de sacarosa, en las que las atracciones
llamadas enlaces covalentes mantienen unidos los tomos.$na
consecuencia de la diferencia entre los tipos de enlaces en la sal
y el azcar es su distinto comportamiento en agua: el NaClse
disuel%e en agua para producir iones en disolucin &el a!l es un
electrlito', mientras la sacarosa se disuel%e en agua para dar
molculas acuosas de&la sacarosa es un no electrlito'.SAL DE
MESACLO!U!O DE SODIO"A#$CA! %!ANULADASACA!OSA ""as primeras
especulaciones respecto a la naturaleza del enlace qumico son tan
tempranas como en el s&glo 'II. )e supona que ciertos tipos de
es(ec&es )u*m&cas estaban unidas entre s por un tipo de
a+n&dad )u*m&ca.En *+,-, Isaac Ne-.on esboz su teora de
enlace atmico, en ./uery 0*. de su 1ptic2s, donde
lostomosseunenunosaotrosporalguna.fuerza..Espec3camente,despusdein%estigar
%arias teoras populares, en boga en aquel tiempo, de cmo los tomos
se poda unir unos a otros,
pore4emplo,.tomosenganc5ados.,.tomospegadosunosaotrosporreposo.,o.unidospor
mo%imientos conspirantes., e6ton se7al lo que inferira
posteriormente a partir de su co5esin
que:"aspartculasseatraenunasaotrasporalgunafuerza,queencontactoinmediatoes
e8cesi%amente grande, a distancias peque7as desempe7an operaciones
qumicas y su efecto de4a de sentirse no le4os de las partculas.En
*9*:, a raz de la in%encin de la (&la /ol.a&ca, 01ns 0a2o3
4erzel&us desarroll una teora de combinacin qumica,
introduciendo indirectamente el carcter electropositi%o y
electronegati%o de
lostomoscombinantes.Amediadosdelsiglo;e2ule,A.).!ouper,
A.?.@utlero%y6ermann 7ol3e,ampliandolateora de
radicales,desarrollaronla teora de %alencia, originalmente llamado
.poder combinante. en que los compuestos se mantena unidos debido a
la atraccin entre polos positi%o y negati%o. 6&s.or&a del
conce(.o de enlace )u*m&co:En *:*A, el qumico %&l3er. N.
Le-&s desarroll el concepto de enlace de (ar de elec.rones, en
elquedostomospuedencompartirunoyseiselectrones,formandoel enlace de
un solo elec.r8n, enlace s&m(le, enlace do3le, o enlace
.r&(le:En las propias palabras de Lewis:Un electrn puede formar
parte de las envolturas de dos tomos diferentes y no puede decirse
que pertenezca a uno simplemente o exclusivamente.El mismo a7o,
Balt5er >ossel lanz una teora similar a la de "e6is, con la
diferencia de que su modelo asuma una transferencia completa de
electrones entre los tomos, con lo que era un modelo de enlace
inico. Canto "e6is y >ossel estructuraron sus modelos de enlace
a partir de la regla de Abegg
&*:,-'.En*:D+,elfsicodans1y%ind@urrauderi%laprimeradescripcincunticamatemticamente
completadeunenlacequmicosimple,elproducidoporunelectrnenelionde5idrgeno
molecular&di5idrogenilio',EDF.*Estetraba4omostrquelaapro8imacincunticaalosenlaces
qumicospodransercorrectasfundamentalycualitati%amente,perolosmtodosmatemticos
usados no podran e8tenderse a molculas que contu%ieran ms de un
electrn. $na apro8imacin
msprctica,aunquemenoscuantitati%a,fuepublicadaenelmismoa7oporBalter
Eeitlery =ritz
"ondon.ElmtododeEeitlerG"ondonformalabasedeloquea5orasedenomina
teora del enlace de %alencia.En9:;:,)ir Ho5n
"ennardGHonesintrodu4oelmtododecombinacin lineal de orbitales
atmicos &!"1A o dentro de la teora de orbitales moleculares,
sugiriendo tambin mtodos para deri%ar las
estructuraselectrnicasdemolculasde=D&Ior'ylasmolculasde1D&o8geno',apartirde
principios cunticos bsicos. Estateoradeorbital
molecularrepresentunenlaceco%alentecomounorbitalformadopor
combinacindelosorbitalesatmicosdelamecnicacunticade)c5rJdingerque5abansido
5ipotetizados por los electrones en tomos solitarios. "as
ecuaciones para los electrones de enlace
entomosmultielectrnicosnopodranserresueltosconperfeccinmatemtica&estoes,
analticamente',perolasapro8imacionesparaellosanproducenmuc5asprediccionesy
resultados cualitati%os buenos. ?uc5osclculoscuantitati%osenqumica
cunticamodernausantantolasteorasdeorbitales moleculares o de enlace
de %alencia como punto de partida, aunque una tercera apro8imacin,
la teora del funcional de la densidad, se 5a estado 5aciendo ms
popular en a7os recientes.En 9: A.S. Cool&dge lle% a cabo un
clculo sobre la molcula de di5idrgeno
que,adiferenciadetodoslosclculospre%iosqueusabanfuncionesslodeladistanciadelos
electronesapartirdelncleoatmico,usfuncionesquesloadicionabane8plcitamentela
distancia entre los dos electrones. !on *0 parmetros a4ustables,
ellos obtienen el resultado muy cercano al resultado e8perimental
para la energa de disociacin de enlace.
Kosteriorese8tensionesusaron5astaL-parmetrosyproducengranconcordanciaconlos
e8perimentos.Esteclculocon%encialacomunidadcient3caquelateoracunticapodra
concordarconlose8perimentos.)inembargo,estaapro8imacinnotienerelacinfsicaconla
teoradeenlacede%alenciayorbitalesmolecularesyesdifcildee8tenderamolculasms
grandes.Enlaces
Inicos:Llamadotambinenlaceelectrovalenteoheteropolaryseproducegeneralmenteentreunmetalyunnometal,
por transferencia de electrones. Las fuerzas de atraccin son de
naturaleza electrosttica. Los compuestos inicos son slidos y
presentan redes cristalinas caracter!sticas, adems tienen elevados
puntos de fusion y ebullicin y son estables frente a la luz y el
calor. "uchos de los compuestos son solubles en solventes polares
#solubles en agua$ y son %uenos conductors de la
electricidad #electrolito$, ya sea disueltos en agua o al estado
l!quido #fundido$.5O!MACI?N DEL ENLACE I?NICOF*+D 9* D+0G*F**D 9*
D*0F*FGSIM4OLOS DE PUNTOS DE LE@IS La regla del oc.e.o"os tomos con
frecuencia ganan, pierden o comparten electrones tratando de
alcanzar el mismo nmero de electrones que los gases nobles ms
cercanos a ellos en la tabla peridica. "os gases
noblestienenacomodosdeelectronesmuyestables,comore%elansusaltasenergasde
ionizacin,suba4aa3nidadporelectronesadicionalesysufaltageneraldereacti%idadqumica.
Kuestoquetodoslosgasesnobles&cone8cepcindelEe'tienenoc5oelectronesde%alencia,
muc5os tomos que sufren reacciones, tambin terminan con oc5o
electrones de %alencia.
Estaobser%acin5adadolugaraunapautaconocidacomoregladeloc.e.o:lostomos
tiendenaganar,perderocompartirelectroneshastaestarrodeadosporocho
electrones de valencia.$n octeto de electrones consiste en subcapas
s y p llenas de un tomo.
Entrminosdes*m3olosdeLe-&s,unoctetopuede%isualizarsecomocuatroparesde
electrones de %alencia dispuestos alrededor del tomo, como en la
con3guracin de e en la tabla siguiente. Eay muc5as e8cepciones a la
regla del octeto, pero ofrece un marco de referencia til para
introducir muc5os conceptos de enlaces importantes.E0EMPLO 9: "a
combustin de calcio en o8geno produce 8ido de calcioDFD!EACCI?N CON
LOS SIM4OLOS DE PUNTOS DE LE@IS: FD,D 9* D90FDD-F9 D A* DGDCE0EMPLO
;: $tilice los smbolos de puntos de "e6is para e8plicar la formacin
del 8ido de aluminio.E0EMPLO res&s.en.e al calor > a la
.ens&8n )ue el Jule crudo. El d&cloruro de azuIrese em(lea
&ndus.r&almen.e. LCuGl es la es.ruc.ura de Le-&s (ara
es.a molMculaN.&C. Dados lo s*m3olos de los s&gu&en.es
elemen.os J&(o.M.&cos:Escr&3e los d&agramas de
Le-&s (ara los com(ues.os 3&nar&os Iormados en.re %, 0
> E.%0 EEs el tipo de enlace que se produce cuando se combinan
entre s los elementos metlicos# es decir, elementos de
electronegati%idades ba4as y que se diferencien poco.
Eabitualmente, las sustancias
metlicasestnformadasportomosdeunsoloelementoaunquetambinseobtienenpor
combinaciones de elementos "aleac&onesC-6a> dos modelos )ue
eO(l&can la Iormac&8n del enlace me.Gl&co:-9.E El
modelo de la nu3e de elec.rones,-;.E La .eor*a de
3andas.$nenlaceme.Gl&coesunenlacequmicoquemantieneunidoslostomos&uninentrencleos
atmicosyloselectrones de
%alencia,quese4untanalrededordestoscomounanube'delos metales entre
s.Estostomosseagrupandeformamuycercanaunosaotros,loqueproduceestructurasmuy
compactas.
"osmetalesposeenalgunaspropiedadescaractersticasquelosdiferenciandelosdems
materiales.)uelenserslidosatemperaturaambiente,e8ceptoelmercurio,ytienenun
punto de fusin alto.Enlace Metlico:&l enlace metlico forma
diferentes cuerpos geomtricos que se repiten a lo largo del
ret!culo formando el cristal.(. )istema c*bico simple+. )istema
c*bico de cuerpo centrado,. )istema c*bico de caras centradas-.
)istema hexagonal simple.. )istema hexagonal compacto.!es(onde las
s&gu&en.es cues.&ones:9. En.re las carac.er*s.&cas
de los me.ales es.Gn las s&gu&en.es:a' Cienen ba4os puntos
de fusin y ebullicin, son aislantes trmicos y frgiles.b' !onducen
bien las electricidad pero no el calor, son dctiles pero no
maleables.c' !onducen bien el calor pero no la electricidad, todos
tienen altos puntos de fusin.d' !onducen bien el calor y la
electricidad, son dctiles y maleables.
;.Doselemen.osd&Ieren.es(uedenun&rsemed&an.eenlace&8n&cooco/alen.e.En.re
las carac.er*s.&cas de d&cJos enlaces se encuen.ran:a' En
ambos enlaces los tomos comparten electrones, pero en el inico uno
es metal y otro no metal mientras que en el co%alente los dos son
no metales.b' En el inico los iones se unen por fuerzas
electrostticas y en el co%alente los tomos compartenelectrones.c'
En el inico los tomos comparten electrones y en el co%alente se
unen por fuerzas electrostticas.d' El inico es caracterstico de los
metales y el co%alente es caracterstico de los no metales.
com(ues.osloss&gu&en.es,dondeel.&(odeenlace
(redom&nan.e es el &nd&cado:a' ED 1,E0, a !l, ED, el
enlace es co%alente.b' =e, !lD, a !l, ! E-, el enlace es metlico o
inico.c' ED 1,E0, E !l, 1D, el enlace es co%alente.d' ED 1, a !l, E
@r, > deDal.on>lale>de %raJam:*.
$nmatrazde*,,,"contiene*,,0*gde1Dy,,L+Dg!1Da*,X!,Vculeslapresin
total de la
mezclaWD.EnunrecipientedeDL"seencierran&aDLZ!'*Lgdedi8idodecarbonoyD,gde
mon8ido de carbono. A' V!ul ser la presin total e4ercidaW, @' V!ul
ser la presin parcial que e4erza cada uno de los gasesW )olucin: a'
*,,0 atm b' p !1D [ ,,00* atm p!1 [ ,,A:+ atm0. 0. Uetermina la
fraccin molar de cada componente, la presin parcial de cada
componente y lapresin total para una mezcla de 0,L9 g ED y A,L* g D
en un en%ase de *,,, " a :,
X!.-.-A"de5eaDLX!y*,,atmy*D"de1DaDLX!y*,,atmsonbombeados5aciaun
tanque con un %olumen de L,, ". calcule la presin parcial de cada
gas y la presin total en el nue%o tanque.L. $na muestra de clorato
de potasio slido fue calentada en un tubo de ensayo mediante la
siguiente ecuacin: D>!l10&s' \ D>!l &s' F 01D&g'.
El gas formado se midi pordesplazamiento de agua a DDX! a una
presin total de +L- mm Eg. El %olumen del gas colectado fue de
,,AL, ", la presin de
%apordelaguaaDDX!esD*torr.!alculelapresinparcialdel1Dylamasadecloratode
potasio que se descompuso.A. V!ul es la presin total &en atm'
de una mezcla de : g de D y : g de Ee en un recipiente de %olumen
igual a 0, litros y a una temperatura de 0,Z!W+. $n %olumen de *DL
cm0 de un gas A medido a ,,A, atm y *L, cm0 de un gas @ medido a
,,9, atm se introducen en un recipiente cuya capacidad es de L,,
cm0 . V!ul es la presin total de la mezcla en el recipiente, a la
misma temperaturaW9. !alcule la presin total que tienen 0 g de !0E9
y L g de !-E*, contenidos en un recipiente de + litros a DL Z!.
!onsidere que los gases se comportan como ideales.:. !alcule las
presiones parciales de 1D, D y !1D en una mezcla cuya presin total
es de D atm. En la misma 5ay 9 g de 1D, *L g de D y * g de !1D
dentro de un recipiente de 0 litros.*,. $n recipiente de L,, "
contiene *, g de )10 y *,,, g de Ee a D,Z!. !alcule la presin
parcial de cada gas y la presin total de la mezcla. )olucin: K* [
,,A,* atm, KD [ *,D,D atm.**. !ul ser la presin de una mezcla
gaseosa cuando ,,L " de ED a ,,9 bar y D,, " de 1D a ,,+ barson
introducidos en un recipiente de *,, " a D+Z!. )olucin: KCotal [
*.9
bar.*D.$namuestradenitrgenogaseososeburbu4eaatra%sdeagualquidaaDLX!yse
recolectaun%olumende+L,cc."apresintotaldelgassaturadocon%apordeagua,es+-,
mmdeEgaDLZ!.ylapresinde%apordelaguaadic5atemperaturaesdeD-mmdeEg.
V!untos moles de nitrgeno 5ay en la mezclaW*0. $n bulbo A de L,, ml
de capacidad contiene inicialmente D a ,,+ atm y DL X!# un bulbo @
de 9,, ml de capacidad contiene inicialmente 1D a ,,L atm y , X!.
"os dos bulbos se conectan de tal forma que 5ay paso libre de gases
entre ellos. El ensambla4e se lle%a a la temperatura de D, Z!.
!alcule la presin 3nal.*-. * g de 5idrogeno y * g de o8igeno
molecular se introducen en un en%ase de D litros a D+ X!. Uetermine
la presin parcial de cada gas, la presin total y la fraccin molar
de cada gas en la
mezcla.*L.El5alotanoesungasqueseutilizacomoanestsicoin5alable.)e
mezclan,.,9molesde
5alotanoconD-gdeo8genoylapresindelasolucinresultanteesde:,,mmEg.V!ul
ser lapresin parcial que e4erce cada uno de los gases en dic5a
mezclaW*A.$namezcladegasesutilizadaenellaboratoriocontiene:0,LYdenitrgenoyA,LYde
o8geno y e4erce una presin de *L atmsferas. !alcule la presin
parcial e4ercida por cada gas en la
mezcla.*+.Elairee85aladoporelser5umanotienelasiguientecomposicine8presadacomo
presionesparciales:o8geno: ,,*L atm di8ido de carbono: ,,,-
atm.%apor de agua: ,,,A atm.nitrgeno: ,,+L atm.!alcule la fraccin
molar de cada gas en la mezcla.*9. "a presin parcial del o8geno en
el aire a temperatura constante es de *LA mm Eg cuando lapresin
atmosfrica es de +-, mm Eg. !alcular la fraccin molar del o8geno en
el aire.*:. $na mezcla de ,,++, g de D1&g' y ,,++, g de
D&g' e4erce una presin de ,,L,, atm. V!ul es la presin parcial
de cada
gasWD,.$namuestradeungasserecogisobreaguaa0DZ!,ocupandoun%olumende*,,,".El
gas 5medo e4erce una presin de +A, mm Eg. Al secarse la muestra
ocup *,,,, " y e4erci una presin de *,,,, atm, a -+ Z!. V!ul es la
presin de %apor de agua a 0DZ!WD*. )i la densidad del ED es ,,,:,
gQ" y su %elocidad de efusin es A %eces mayor que la del cloro,
Vcul es la densidad del
cloroWDD.V!untomsrpidoescaparel5idrgenoatra%sdeunamembranaporosaen
comparacin con el di8ido de
azufreWD0.)emidieltiempodeefusindel5idrgenoydelnenatra%sdemembranasporosas
iguales y en las mismas condiciones de temperatura y de presin. Al
cabo de A 5oras se 5aban escapado DQ0 del 5idrgeno. V/u tiempo se
necesitar para que se escape la mitad del
nenWD-.)etienenigualescantidadesde5elioydenitrgenoensendosmatracesiguales,enlas
mismasdetemperaturaypresin.)ielnitrgenoseescapaaraznde+Lm"Q5,Vculserla
%elocidad de efusin del 5elioWDL. )i *,,, m" de D se escapa a tra%s
de una barrera porosa en *-L s, mientras que *,,, ml
deungasdesconocidoenlasmismascondicionestardaD0,senescaparse,Vculeslamasa
molar del
gasW"aleydedifusindeMra5amestablecequela%elocidaddedifusin&oefusin'deungases
in%ersamente proporcional a la raz cuadrada de su densidad , y como
5emos %isto la densidad de
ungasesdirectamenteproporcionalalamasamolardelmismo,porloquelae8presin
matemtica que interpreta este enunciado
es:LALEWDE%!A6AMLEWDEDI5USI?NWE5USI?N
%ASEOSA:donde%*y%Drepresentanlas%elocidadesdedifusindedosgasesdedensidades]*y]D,y
masas molares ?* y ?D , respecti%amente. Le> de
%raJam:"a%elocidaddeefusindelasmolculasdeungasatra%sdeunori3cioenparticulares
in%ersamente proporcional a la raz cuadrada del masa molar del gas
a temperatura y presin constante."a /eloc&dad de eIus&8n
de(ende de:*. El rea trans%ersal del ori3cioD. El nmero de molculas
por unidad de %olumen0. "a %elocidad
promedio5&gura:Efusindelosgases."asmolculasdelosgasessemue%endesdeunareginde
alta presin &izquierda' 5asta una de ba4a presin a tra%s de un
peque7o ori3cio.Efusin de los gases"a EIus&8n es el (roceso en
el cual un gas Tu>e a tra%s de un peque7o ori3cio en un
recipiente.$ngasinIamablecompuestosoloporcarbonoe5idrogenoseefundeatra%esdeunabarrera
porosaen*.L,min.Enlasmismascondicionesdetemperaturaypresin,un%olumenigualde
%apor de bromo tarda-.+0minutos enefundirse a tra%s de la misma
barrera. !alcule la masa molar del gas desconocido y sugiera que
gas podria ser.Es.ra.eg&a "a tasa de difusin es el numero de
molculas que atra%iesan una barrera porosa en determinado momento.
!uanto mas tarden en 5acerlo, menor ser la tasa. Kor tanto, la tasa
es inversamente proporcional al tiempo requerido para la
difusion."a ecuacin siguiente se puede escribir
como:E0EMPLO:Soluc&8n A partir de la masa molar del @rD
escribimosdonde ? es la masa molar del gas desconocido. Al resol%er
para ? tenemosdondet*ytDsonlostiemposdeefusindelosgases*yD,
respecti%amente. EJEMPLOS:9.E A temperatura ambiental, Vcul de los
siguientes gases se difundir con mayor facilidadW: a'. 1D
&?[0D' b'. !lD&?[+*' c'. !E- &?[*A'.!esoluc&8n:
)egn la ley de difusin gaseosa, el que se difunde ms fcilmente ser
el gas de menor Keso ?olecular &el ms ligero', en este caso ser
el ?etano
&!E-'.;.EAtra%sdeunEfusimetrodeDlitros,el!E-demoraendifundirseL,seg.Alasmismas
condiciones y en un Efusimetro idntico. V/u tiempo demorar en
difundirse el an5drido sulfuroso &)1D'W.