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Indicador de logro:
Explica el concepto de molécula y enlace covalente.
Irene: Para que tengas una idea de cómo se forman los enlaces químicos al interior de una molécula, realicemos la siguiente actividad, en la cual se trabajará en parejas.
Una molécula es un agregado de dos o más átomos, que se mantienen unidos por enlaces químicos; los átomos pueden ser del mismo o de diferentes elementos. Al igual que los átomos, las moléculas son eléctricamente neutras.
A. Si las personas fueran átomos
Material: una soga o lazo de unos 2 m de largo
Procedimiento:
Cada persona sujetará el extremo de la soga, y cuando estén listas, cada una halará la soga para intentar arrebatársela a la otra.
Si luego de unos segundos ninguna de las dos personas logra quedarse con la soga, se declarará empate.
Ahora pensemos que cada persona es un átomo, y que la soga representa al enlace químico.
Responde en tu cuaderno de trabajo las siguientes preguntas:
a. Si una de las dos personas arrebató la soga por completo, ¿qué tipo de enlace representa y por qué?
b. Si ninguno de los dos logró quedarse con la soga, ¿los electrones se arrancan de un átomo para dárselo al otro, o se comparten entre ambos átomos?
Las moléculas generalmente están formadas por átomos no metálicos, que no ceden electrones fácilmente; por tanto, las moléculas forman enlaces covalentes, en los que los electrones no se transfieren de un átomo a otro, sino que son compartidos para completar su octeto.
Cada enlace covalente implica la compartición de un par de electrones: uno proveniente de cada átomo enlazado; a este se le denomina par enlazante, y se representan mediante un guion. Los electrones que no participan en los enlaces también se presentan en pares, y se les denomina pares libres o pares no enlazantes.
Una molécula constituye la unidad básica de una sustancia que conserva las propiedades de esta. No obstante, no todos los compuestos químicos están constituidos por moléculas, ya que estas solo se forman mediante enlaces covalentes, en los que los electrones se comparten en diferentes condiciones.
B. Formemos enlaces covalentes
Para verificar si se ha completado el octeto, los dos electrones que están formando un enlace covalente se cuentan dos veces, una para cada átomo. Para comprenderlo mejor, realiza la siguiente actividad.
No olvides que...
El hidrógeno es una excepción a la regla del octeto, ya que su único nivel energético se completa y estabiliza con 2 electrones.
Materiales: lápiz y plastilina (opcional).
Procedimiento:
Realiza la estructura de Lewis de los átomos de hidrógeno y cloro. Puedes hacer las estructuras de Lewis utilizando bolitas de plastilina.
2. Cuenta cuántos electrones le faltan a cada uno para completar su nivel electrónico más externo o capa de valencia.
3. Analiza y responde en tu cuaderno de trabajo:
a. ¿Qué necesitarán ambos átomos para volverse estables?
b. ¿Qué ocurrirá si ambos átomos están próximos entres sí?
c. ¿Qué tipo de enlace se podrá establecer entre ellos?
4. De acuerdo con lo analizado, realiza la estructura de la molécula que se origina cuando interactúan ambos átomos.
5. Dibuja o haz con plastilina la estructura de Lewis de dos átomos de hidrógeno y dos de cloro, por separado. Analiza lo que ocurrirá si dos átomos del mismo elemento se aproximan, forma las moléculas y completa la tabla en tu cuaderno de trabajo.
6. Realiza la estructura de Lewis de las moléculas de agua (H2O), amoníaco (NH3) y metano (CH4). También, puedes hacer las estructuras de Lewis utilizando bolitas de plastilina. Para representar cada molécula lo primero que debes hacer es la estructura de Lewis del átomo central, que en este caso es el oxígeno en el H2O, el nitrógeno en el NH3 y el carbono en el CH4. Luego, donde se encuentren los electrones desapareados del átomo central, deberás colocar el átomo que se enlazará en dicha posición, compartiendo ese electrón.
7. Analiza las moléculas y completa la tabla en tu cuaderno de trabajo.
8. Dibuja (o hazlo con plastilina) las estructuras de Lewis de dos átomos de oxígeno y verifica el número de electrones desapareados que hay en ambos átomos.
9. Forma una molécula con los dos átomos, analízala y responde:
d. ¿Se completa el octeto en ambos átomos de oxígeno si solo se comparte un par de electrones?
e. De no ser así, ¿cuántos pares de electrones se deben compartir para completar el octeto en ambos átomos?
f. ¿Qué tipo específico de enlace se establece en la molécula?
10. Luego, haz las estructuras de Lewis de dos átomos de nitrógeno, y verifica el número de electrones desapareados que hay en ambos.
11. Forma una molécula con los dos átomos, analízala y responde en tu cuaderno de trabajo:
g. ¿Se completa el octeto en ambos átomos de nitrógeno si solo se comparte un par de electrones?
h. De no ser así, ¿cuántos pares de electrones se deben compartir para completar el octeto en ambos átomos?
i. ¿Qué tipo específico de enlace se establece en la molécula?
12. Inténtalo ahora con la molécula de CO2 (dióxido de carbono). Haz la estructura de Lewis del átomo de carbono, y luego la de los dos átomos de oxígeno, uno a cada lado del átomo de carbono.
13. Verifica cuántos electrones necesita cada uno de los átomos para completar su octeto; con base a ello, establece los enlaces necesarios entre el carbono y el oxígeno de un lado, y luego entre el carbono y el oxígeno del otro lado.
Formación de enlace covalente entre dos átomos de hidrógeno, y luego con el átomo de oxígeno para formar la molécula de H2O.
Al compartir solo un par de electrones se establece un enlace covalente sencillo o simple. Sin embargo, frecuentemente es necesario compartir más de un par de electrones para completar el octeto. Cuando los átomos enlazados comparten entre sí dos pares de electrones (4 electrones en total), se establece un enlace covalente doble, representado como un doble guion ( = ) entre los átomos; si comparten tres pares de electrones (6 electrones en total), se establece un enlace covalente triple, y se representa como un triple guion ( ≡ ) entre los átomos. Los enlaces covalentes dobles y triples se denominan enlaces covalentes múltiples.
De acuerdo con el número de átomos que las conforman, las moléculas se pueden clasificar en diatómicas, si solo poseen dos átomos, o poliatómicas, si contienen más de dos átomos. Las diatómicas a su vez pueden clasificarse como homonucleares, si poseen átomos de un mismo elemento, por ejemplo, cloro (Cl2), hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), y heteronucleares, si la conforman átomos distintos, como el ácido clorhídrico (HCl) y el monóxido de carbono (CO).
La gran mayoría de moléculas existentes en la naturaleza son poliatómicas; ejemplo de ellas son el ozono (O3), el amoníaco (NH3) y la glucosa (C6H12O6).
Notación
Al quitar el único electrón del hidrógeno solo nos queda el núcleo con un protón, a este ion H+ se le denomina también como protón.
C. El enlace coordinado
Hemos definido que el enlace covalente surge de la compartición de un par de electrones; pero ¿será que siempre cada uno de los dos átomos contribuyen con un electrón al enlace? Averigüémoslo en la siguiente actividad.
Procedimiento:
Visualiza la estructura de Lewis del amoníaco (NH3) que realizaste en la actividad anterior.
a. ¿Es posible enlazar otro hidrógeno a esta molécula?
Esto quizás te resulte un problema, ya que habrán 9 electrones alrededor del átomo de nitrógeno, y ¡ya no se tendría un octeto!
Qué tal si en vez de agregar un átomo de hidrógeno adicionas un ion hidrógeno (H+), desarróllalo en tu cuaderno de trabajo. Necesitamos un par de electrones para establecer el enlace; el nitrógeno tiene un par de electrones libres y el ion H+ no posee electrones puede formar un enlace con esos electrones libres.
Ahora intenta adicionar un hidrógeno a la molécula del agua (H2O).
Analiza las estructuras y responde para cada una:
b. ¿Se cumple el octeto para el átomo central en ambos casos?
c. ¿Cuántos pares de electrones libres le quedan a cada átomo central?
d. ¿Qué piensas que ocurre con la carga positiva del ion H+ cuando forma este tipo especial de enlace covalente?
La resta de los valores de electronegatividad de los átomos enlazados, permite predecir el tipo de enlace que se establece entre ambos átomos. Así:
En el enlace covalente polar los electrones compartidos son más atraídos por el átomo más electronegativo, lo que forma una separación de cargas eléctricas denominada dipolo, puesto que se forman dos polos, representados por los símbolos: δ+ o δ–, o bien por una flecha que va del polo positivo al negativo (→).
Fíjate que...
Un enlace covalente en el que solo uno de los dos átomos contribuye con ambos electrones se denomina enlace covalente coordinado.
Los valores de electronegatividad que se suelen utilizar son los dados por Linus Pauling, los cuales se muestran en la siguiente tabla:
Notación
La electronegatividad es la capacidad de un átomo de atraer a los electrones.
D. ¿Existe polaridad en el agua y el aceite?
Ya que la mayoría de las moléculas están formadas por átomos de elementos diferentes, resulta importante saber si existe polaridad en sus enlaces. Vamos a investigar lo que ocurre con el agua y el aceite en la siguiente actividad.
Materiales: dos vasos desechables transparentes, un clavo o una aguja, una vejiga, una regla plástica (opcional), un pedazo de tela seco (opcional), agua potable (aproximadamente 200 ml), aceite comestible (aproximadamente 100 ml), una bandeja o huacal pequeño, lápiz y cuaderno de trabajo.
Procedimiento:
A dos vasos desechables transparentes hazles un pequeño agujero en la parte inferior (se puede abrir con un clavo o aguja).
Prepara una bandeja de recepción de líquido sobre una superficie plana (puede ser sobre el piso o sobre la mesa de trabajo).
Toma la vejiga e ínflala, luego frótala contra tu cabello seco por al menos un minuto. Si lo prefieres, puedes frotar varias veces y de manera constante una regla plástica con un pedazo de tela seco, lo suficientemente fuerte hasta sentir que la regla se ha calentado.
4. Agrega agua hasta la mitad en uno de los vasos con agujero, y verifica que se genere un flujo laminar por caída gravitatoria (un chorro delgado de agua), teniendo cuidado que el agua caiga sobre la bandeja que has preparado para ello.
5. Acerca al chorro de agua la vejiga (o la regla) cargada eléctricamente. Observa lo que ocurre con el chorro de agua, y responde en el cuaderno de trabajo: ¿qué ocurre con el chorro de agua al acercarle la vejiga (o la regla) cargada eléctricamente?
6. Repite de nuevo el experimento con el otro vaso utilizando aceite comestible en lugar de agua. Responde en tu cuaderno de trabajo: ¿qué ocurre con el chorro de aceite al acercarle la vejiga (o la regla) cargada eléctricamente?
7. Compara los resultados y concluye por qué ambas sustancias dan los resultados obtenidos, en función de la atracción que hay o no hay hacia la carga eléctrica y la polaridad de los enlaces que contienen ambas moléculas.
8. Finalmente, clasifica los enlaces que aparecen en tu cuaderno de trabajo como covalente no polar, covalente polar o iónico, de acuerdo con su diferencia de electronegatividad.
Irene: El cabello de quien frota la vejiga debe estar completamente seco, sin ningún tipo de aditivos, como cremas o gelatina.
Nico: Te recomiendo utilizar la mínima cantidad posible de aceite, dado que es un residuo que el ambiente asimila con más dificultad.
Lisa: Procede a poner en práctica los conocimientos adquiridos en esta semana con la siguiente actividad.
E. Te presento mi molécula
Materiales: un pliego de papel bond o de cartulina, plumones o marcadores y plastilina (opcional).
Procedimiento:
Selecciona una de las siguientes moléculas o trabaja con la asignada por tu docente:
SO2 (dióxido de azufre)
SO3 (trióxido de azufre)
CHCl3 (cloroformo)
NO2 (dióxido de nitrógeno)
HClO (ácido hipocloroso)
SiO2 (dióxido de silicio)
H2S (ácido sulfhídrico)
HCN (ácido cianhídrico)
Realiza en un pliego de papel bond o de cartulina la estructura de Lewis de la molécula seleccionada. Si lo prefieres, puedes hacer la estructura de Lewis utilizando bolitas de plastilina.
Presenta tu molécula a tus compañeros y docente, indicando:
Cuántos enlaces covalentes se han formado.
Si posee o no enlace coordinado.
Si tiene enlaces múltiples.
Si hay átomos con pares de electrones libres.
También indica si los enlaces formados son polares o no polares, de acuerdo con su diferencia de electronegatividad.
Carlos: Como punto adicional, investiga cuáles son las propiedades, usos y riesgos que tiene tu molécula para la salud y el ambiente.
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