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Los átomos se unen entre sí con el objetivo de alcanzar un estado energéticamente más estable. Esta mayor estabilidad se asocia a una configuración electrónica concreta.
La configuración electrónica más estable es la de los gases nobles: elementos que tienen su capa de valencia completa.
La regla del octeto establece que, durante la formación de enlaces, los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta completar ocho electrones en su capa de valencia, imitando así la estructura electrónica de un gas noble (ns2 np6).
En elementos más ligeros como el hidrógeno o el litio, la estabilidad se alcanza llenando la primera capa electrónica, en la que solamente caben dos electrones (1s2).
La regla del octeto es muy útil para predecir el comportamiento de los elementos al enlazarse o al formar iones.
Veámoslo con un ejemplo:
El cloruro de sodio es la sal común que tenemos en nuestras mesas. Se forma porque el sodio y el cloro intercambian electrones. ¿Cuál es la fórmula empírica de la sal?
Para saber la fórmula de la sal necesitamos conocer la proporción entre los átomos que ocurre en el compuesto. Y eso podemos conocerlo con la configuración electrónica de cada elemento:
Na (Z=11): 1s2 2s2 2p6 3s1
Para adquirir la configuración electrónica de un gas noble, puede ganar 7 electrones para llenar su capa 3, o perder 1 electrón para quedarse con la capa electrónica 2 llena.
Es mucho más favorable perder un electrón que ganar 7, así que el ion más estable es el Na+.
Cl (Z=17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Para adquirir la configuración electrónica de un gas noble, puede perder 7 electrones para que la capa 2 llena quede expuesta, o ganar 1 electrón para llenar su capa 3.
Es mucho más favorable ganar un electrón que perder 7, así que su ion más estable es Cl-.
Como ambos tienen una única carga, cada catión se compensa con un anión. Así que la fórmula empírica del compuesto es NaCl.
Todos los átomos tienden a enlazarse para cumplir la regla del octeto, pero no todos los átomos lo hacen de la misma forma:
Enlace iónico:
Se forma por la transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro, generando iones de carga opuesta (cationes y aniones) que se atraen electrostáticamente.
Se da entre átomos con baja energía de ionización (que pierden electrones fácilmente: METALES) y átomos de alta afinidad electrónica (que ganan electrones fácilmente: NO METALES).
Se forma una red tridimensional.
Enlace covalente:
Se crea por la compartición de uno o más pares de electrones entre átomos.
Se da entre átomos con electronegatividades similares y altas (NO METALES).
Puede ser simple (se comparte un par de electrones), doble (se comparten dos pares de electrones) o triple (se comparten tres pares de electrones).
Se forman moléculas o redes tridimensionales.
Enlace metálico:
Se genera cuando los átomos liberan sus electrones de valencia formando una "nube" o "mar" de electrones deslocalizados que se mueven libremente entre los cationes que se forman, generando una red tridimensional ordenada.
Se da entre átomos metálicos.
En resumen:
Tipo de enlace | Comportamiento de los electrones | Átomos unidos | Partículas |
Iónico | Se intercambian | No metal + metal | Red de cationes y aniones |
Covalente | Se comparten | No metal + no metal | Red de átomos Moléculas |
Metálico | Se ceden | Metal + metal | Red de cationes y electrones deslocalizados |
Aunque las veremos con más calma en cada apartado, sabemos que cada tipo de compuesto tiene unas propiedades específicas.
Aquí tienes una tabla que las recoge todas:
| Sólidos iónicos | Sustancias moleculares | Sólidos de red covalente | Sólidos metálicos |
Tipo de enlace | Iónico | Covalente | Covalente | Metálico |
Estructura | Red de cationes y aniones | Moléculas | Red de átomos | Red de cationes y electrones deslocalizados |
Punto de fusión | Elevado | Bajo | Muy elevado | Elevado (aunque hay excepciones) |
Punto de ebullición | Elevado | Bajo | Muy elevado | Elevado |
Solubilidad | Muy solubles en agua. | Generalmente insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos (depende de la polaridad) | Insolubles en casi todos los disolventes | Insolubles en cualquier líquido (solo solubles entre sí, formando aleaciones) |
Conductividad | En estado sólido: no | Generalmente no conductores (depende de la polaridad) | No conductores | Buenos conductores |
Otras propiedades | Frágiles |
|
| Maleables y duros. |
1. Explique razonadamente qué tipo de enlace o fuerza intermolecular hay que vencer para fundir los siguientes compuestos:
a) Fluoruro de sodio. Na (Z=11) y F (Z=9)
b) Dióxido de carbono. C (Z=6) y O (Z=8)
c) Agua. H (Z=1) y O (Z=8)
d) Aluminio. Al (Z=13)
Solución
a) Fluoruro de sodio.
Viendo la configuración electrónica de cada elemento:
F: 1s2 2s2 2p5. Grupo 17. No metal.
Na: 1s2 2s2 2p6 3s1. Grupo 1. Metal.
Se forma un compuesto iónico.
b) Dióxido de carbono.
C: 1s2 2s2 2p2. Grupo 14. No metal.
O: 1s2 2s2 2p4. Grupo 16. No metal
Se forma un compuesto covalente
c) Agua.
H: 1s1. Grupo 1. No metal. (El hidrógeno es un no metal, pese a estar normalmente situado en el grupo 1).
O: O: 1s2 2s2 2p4. Grupo 16. No metal
Se forma un compuesto covalente
d) Aluminio.
Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1. Metal
Se forma un compuesto metálico
2. Encontramos en el laboratorio un bote relleno con un sólido sin etiquetar. Tras hacerle algunas pruebas comprobamos que:
Es insoluble en agua
No conduce la electricidad
Su punto de fusión supera los 3000° C.
Dudamos si se trata de bromuro de potasio, hierro o grafito. ¿Cuál crees que debemos elegir?
Solución
Por ser un sólido insoluble en agua, podemos descartar todos los compuestos iónicos. Así que no puede ser el bromuro de potasio.
Como no conduce la electricidad, podemos descartar todos los sólidos metálicos. Así que no es posible que sea el hierro.
Debe, por tanto, ser el grafito. Tiene sentido, puesto que los sólidos covalentes tienen un punto de fusión extremadamente alto.
3. Un gas incoloro tiene un punto de ebullición de -42 °C. Es insoluble en agua y no conduce la electricidad. ¿Qué tipo de enlace es más probable que presente este gas? Justifica tu respuesta.
Solución
Los compuestos iónicos, metálicos y los cristales moleculares tienen altos puntos de fusión. Son sólidos a temperatura ambiente, salvo el mercurio, que es líquido.
Si su punto de ebullición es de -42 °C y, por tanto, existe en estado gaseoso a temperatura ambiente, debe ser necesariamente un compuesto molecular covalente.
4. Considera los siguientes pares de iones. Para cada par, determina cuál de los dos iones es más estable y justifica tu respuesta basándote en la configuración electrónica.
a) Na+ (Z=11) / Mg+ (Z=12)
b) F- / F2- (Z=9)
c) Ca+ / Ca2+ (Z=20)
d) O- / O2- (Z=8)
Solución
El ion más estable será siempre aquel que tenga configuración electrónica de gas noble. Así que se debe estudiar la configuración electrónica de cada ion:
a) Na+ (Z=11) / Mg+ (Z=12)
Na+: 1s2 2s2 2p6. Tiene su última capa llena.
Mg+: 1s2 2s2 2p6 3s1. Tiene un electrón en su última capa.
El catión sodio es más estable por tener configuración electrónica de gas noble.
b) F- / F2- (Z=9)
F-: 1s2 2s2 2p6. Tiene su última capa llena.
F2-: 1s2 2s2 2p6 3s1. Tiene un electrón en su última capa.
El anión F- es más estable por tener configuración electrónica de gas noble
c) Ca+ / Ca2+ (Z=20)
Ca+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3s1. Tiene un electrón en su última capa.
Ca2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.Tiene su última capa llena.
El catión Ca2+ es más estable por tener configuración electrónica de gas noble
d) O- / O2- (Z=8)
O-: 1s2 2s2 2p5. Tiene 7 electrones en su última capa.
O2-: 1s2 2s2 2p6. Tiene su última capa llena.
El anión O2- es más estable por tener configuración electrónica de gas noble