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Enlace covalente.

Cuando al comienzo de la unidad didáctica hici­mos en el laboratorio la clasificación de las sustan­cias según sus propiedades, formamos tres grupos. Hemos estudiado el grupo que habíamos desig­nado como "sales", es decir el grupo de sustancias con enlace iónico. Después estudiamos los metales y ahora vamos a estudiar el grupo "otros". La propiedad común de estas sustancias era que no conducían la corriente, ni aún disueltos en agua, su bajo (en el caso de que fueran sólidos a temperatura ambiente) o muy bajo punto de fusión (en el caso de que fueran gases). De todos modos, era un grupo muy heterogéneo, y lo dividimos en varios subgrupos.  

 Sustancias covalentes apolares.

Este enlace se da entre átomos no metálicos iguales.  Este enlace mantiene unidas las moléculas de los principales gases.  

A partir de esas propiedades deberemos deducir cómo son las uniones entre sus átomos. Para ello resultará de gran ayuda lo que ya hemos estudiado sobre las sustancias iónicas: cuando los átomos se unen entre sí tienen tendencia a adquirir la estructu­ra electrónica de los gases nobles para ser estables.

Las sustancias iónicas (hemos tomado el NaCl como referencia) están formadas por átomos de me­tal y no metal. El átomo de metal cede los pocos electrones que tiene en el último nivel (1 en el caso del sodio) al no metal, ya que a éste le falta poco para completar el octeto (el cloro tiene 7 electrones). De esta forma se forman dos iones y la atracción eléctrica entre los iones da lugar al sólido.


Lewis propuso la siguiente explicación para unión entre átomos de nometales. A los dos átomos de Fluor les falta un electrón para conseguir el octeto en el último nivel. La única posibilidad es que un electrón de cada átomo, es decir un par de electrones pertenezcan a un orbital común, que ambos átomos compartan una pareja de electrones.

Así, cada átomo tiene 8 electrones en el último nivel, los 6 que le corresponden y los 2 comparte, adoptando la estructura electrónica de gas noble.

 Se forma una molécula con dos átomos de fluor, F2 que quedan fuertemente unidos por fuerzas eléctricas proporcionadas por los dos electrones compartidos según se ve en la figura.

Se llama a este enlace covalente apolar porque la molécula queda compensada eléctricamente. No tiene polos eléctricos, es apolar. 

Es difícil que se forme un sólido ya que estas moléculas quedan sueltas y por tanto normalmente se formará un gas. Veremos mas adelante que existen fuerzas intermoleculares que pueden llevar a la formación de sólidos, como es el caso del  yodo, pero en cualquier caso serán poco intensas.

 Puedes intentar explicar la formación de las moléculas de  hidrógeno (H2). , oxígeno (O2).  , metano (CH4).  , ozono  (O3).y cloro (Cl2).

 Puedes intentar explicar porqué las sustancias covalentes apolares no se disuelven en el agua y no conducen la corriente eléctrica.


Dos átomos, cuando comparten algún electrón del último nivel, crean un enlace covalente para obtener la estructura estable de los gases inertes. Si comparten una pareja de electrones, el enlace es simple; si comparten dos parejas, es doble; si compar­ten tres, triple.

La valencia coincide ahora con el número de electrones que un átomo comparte.

 

Sustancias covalentes polares.

Hasta ahora solamente hemos visto el enlace co­valente entre átomos iguales. Este enlace es el responsable de las propiedades una parte de las sustancias clasificadas en otras. Dentro de este amplio grupo hay otra parte en la que están incluidas el agua, el amoniaco, el cloruro de hidrógeno, que suelen ser líquidas o gases que se licuan fácilmente, se disuelven bien en agua, presentan cierta conductividad etc.

 Sus moléculas están formadas por átomos de elementos no metálicos , pero diferentes. Estos átomos serán aquellos que se encuentren en la necesidad de compartir electrones para com­pletar el octeto en el último nivel. Por tanto, serán los que tienen bastantes electrones en ese último nivel, es decir, los no metales. Por ejemplo, H y Cl, N y O, H y O, etc.

 En la formación de la molécula del agua, el oxígeno comparte dos electrones, uno con cada átomo de hidrógeno. De esta forma los electrones adquieren la configuración de gas noble, cumplen la regla del octeto.

Pero en la molécula formada queda una parte con mas carga negativa y otra con carga positiva.

Estas cargas son las responsables de las propiedades de las sustancias covalentes polares.

Estas sustancias se disuelven bien en agua (como si fueran iónicas). La atracción entre esas cargas eléctricas proporciona fuerzas de atracción entre las moléculas lo que hace que puedan ser líquidas a temperatura ambiente como el agua. 

Puedes intentar formar las moléculas de amoniaco NH3 , cloruro de hidrógeno HCl, 

 

Sin embargo, no debemos confundir el enlace covalente polar y el enlace iónico. En el enlace iónico el metal pierde los electrones del último nivel, y el no metal los gana, uniéndose los iones resultantes. A continuación se forma un dura red trimensional. En el enlace covalente, por el contra­rio, los electrones no se ganan ni se pierden, sino que se comparten. El enlace no se da entre io­nes, sino entre átomos neutros. No se forma una estructura de red.

 Si la diferencia de electronegatividades entre los átomos es muy grande se forma entre ellos un enlace iónico, MgO   NaCl

si es pequeña se formará un enlace covalente polar  H3N , H2O

si la electronegatividad es la misma se forma un enlace covalente apolar: H2 , O2.

 

Explica la formación de las siguientes  moléculas: H2O, NH3, F2, NaCl.

Indica el tipo de enlace de cada una. Representa las uniones mediante diagramas de Lewis. Clasifícalas según la polaridad de sus enlaces.

 

 

  Sustancias covalentes que forman redes.

  El diamante un caso extraño y hermoso

 Como ya sabes, el diamante es una piedra preciosa.


También sabrás que el diamante está formado de átomos de carbono. El átomo de carbono tiene 4 electrones en el último nivel. Por tanto, para formar el octeto se encuentra en la necesidad de compartir 4 electrones. Y así lo hace, com­partiendo dichos electrones con otros átomos de carbono, formando enlaces covalentes.

 Pero su estructura electrónica es muy distinta respecto a la de las moléculas que hemos visto hasta ahora. En estas moléculas hemos visto que los átomos for­man moléculas dobles, y que las uniones entre moléculas eran débiles. Por esta razón, estas sustancias tienen puntos de fusión y de ebullición muy bajos, y la mayoría de ellas son gases, o sólidos que se funden fácilmente.

En el diamante, un átomo de carbono no comparte los 4 electrones con otro átomo, sino con otros 4 átomos de car­bono (un electrón con cada átomo). Cada uno de esos áto­mos está unido con otros cuatro. De esta manera, se constituye una red unida por fuertes enlaces covalentes, una estructura gigante como la de la figura.

 A la vista de la robustez de esta estructura tetraédrica, no es de sorprender que el punto de fusión de esta, supermolécula formada por millones de átomos sea supe­rior a 3.500 0C y sea una de las sustancias más duras que se conocen. Por otra parte, el diamante no será conduc­tor de la corriente eléctrica ya que no posee electrones o iones en libertad.


El que el diamante sea considerado como una piedra preciosa es debido, además de a su dureza, a su transparencia, a la forma como descompone la luz y a su escasez.

 La mayoría del carbono que hay en la Tierra no tie­ne la estructura del diamante, sino la del grafito. Recuerda el grafito está formado también por átomos de carbono pero su aspecto es muy diferente, basta con mirar la mina del lápiz con el que escribes.

 En ésta, un átomo de carbono comparte los electrones con otros tres átomos, formando una estructura hexagonal plana.

El cuarto electrón que falta se sitúa entre las dos capas.

 Los átomos de esta estructura también están unidos por fuer­tes enlaces y la temperatura de fusión es semejante a la del diamante. Sin embargo, el grafito no es duro ya que las capas pueden deslizarse fácilmente unas sobre otras. Como dispo­ne de electrones libres, el grafito es buen conductor. Y no es muy bonito, por cierto.

 Mucha gente se ha planteado esta pregunta: "¿No pueden fabricarse diamantes a partir de grafito?"

La res­puesta es "sí, se pueden fabricar", pero para ello se nece­sita una presión del orden de 40.000 atm y una tempe­ratura de unos 1.400 1C y, además, los diamantes que si obtienen son pequeños. De cualquier forma, y sobre todo en la industria, se utilizan diamantes artificiales para hace brocas o sierras.

Muchas otras sustancias duras también tienen enlace covalente con una estructura tridimensional en red. Entre ellas el cuarzo y el corindón.

En Vioño tenemos una industria que trabaja con arenas de cuarzo para fabricar cristal. En origen estaba en el pantano del Ebro en el pueblo de Arija. Es propiedad de firma francesa Saint Gobain. Entre otros productos se dedica a la fabricación de vidrio para paneles solares.

 




Podemos repasar los tres tipos de enlace aquí:

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