3.2.1 TEORÍAS PARA EXPLICAR EL ENLACE COVALENTE Y SUS ALCANCES

Normal

Se define de la siguiente manera: "Es el fenómeno químico mediante el cual dos átomos se unen compartiendo una o varias parejas de electrones; por lo tanto, no pierden ni ganan electrones, sino que los comparten".

Un átomo puede completar su capa externa compartiendo electrones con otro átomo.

Cada par de electrones comunes a dos átomos se llama doblete electrónico. Esta clase de enlace químico se llama covalente, y se encuentra en todas las moléculas constituidas por elementos no metálicos, combinaciones binarias que estos elementos forman entre sí, tales como hidruros gaseosos y en la mayoría de compuestos de carbono.

Cada doblete de electrones (representado por el signo :) Intercalado entre los símbolos de los átomos, indica un enlace covalente sencillo y equivale al guión de las fórmulas de estructura.

En enlace covalente puede ser: sencillo, doble o triple, según se compartan uno, dos o tres pares de electrones.

 Coordinado

Se define de la siguiente forma: "Es el enlace que se produce cuando dos átomos comparten una pareja de electrones, pero dicha pareja procede solamente de uno de los átomos combinados.

En este caso el enlace se llama covalente dativo o coordinado. El átomo que aporta la pareja de electrones recibe el nombre de donante, y el que los recibe, aceptor. Cuando queremos simplificar la formula electrónica se pone una flecha que va del donante al aceptor.

3.2 Enlace Covalente.

Los enlaces covalentes de las moléculas se forman por solapamiento de orbitales atómicos, de manera que los nuevos orbitales moleculares pertenecen a la molécula entera y no a un solo átomo. Durante la formación de un enlace, los orbitales atómicos se acercan y comienzan a solaparse, liberando energía a medida que el electrón de cada átomo es atraído por la carga positiva del núcleo del otro átomo. Cuanto mayor sea el solapamiento, mayor será el desprendimiento de energía y, por lo tanto, menor será la energía del orbital molecular. Si el proceso de aproximación de los átomos continúa, los núcleos atómicos pueden llegar a repelerse mutuamente, lo que hace que la energía del sistema aumente. Esto significa que la máxima estabilidad (mínima energía) se alcanza cuando los núcleos se encuentran a una distancia determinada que se conoce como longitud de enlace.

Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl,...).
Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. 

Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.

En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. 

El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.

3.1.3 Aplicaciones y limitaciones de la Regla del Octeto.

La regla del octeto funciona principalmente para los elementos del segundo periodo de la tabla periódica. Estos elementos solo tienen subniveles 2s 2p, los cuales pueden contener un total de ocho electrones. Cuando un átomo de uno de estos elementos forman un compuesto covalente, pueden obtener la configuración electrónica de gas noble [Ne] al compartir electrones con otros átomos del mismo compuesto.

Limitaciones del las reglas de octeto para las formulas de Lewis.

Las formulas de Lewis normalmente no se escriben para compuestos que contienen metales de transición d y f. los metales de transición d y f utilizan en el enlace orbítales s y p.

1.- La mayoría de los compuestos covalentes del berilio, Be. Debido a que Be contiene solo dos electrones en la capa de valencia, habitualmente forma solo dos enlaces covalentes cuando se enlaza con otros dos átomos. Por lo tanto se usa cuatro electrones como el número necesario para Be en la etapa 2, en la etapa 5 y 6 se usa solo dos pares de electrones para Be.

2.- La mayoría de los compuestos covalentes de los elementos del Grupo IIIA, especialmente boro, B. Estos elementos contienen solo tres electrones en la capa de valencia, así que a menudo forman tres enlaces covalentes cuando se enlazan a otros tres átomos. Por lo tanto, se usa seis electrones como el número necesario para los elementos IIIA contiene solo tres electrones en la etapa 2; y en las etapas 5 y 6 se usa solo tres pares de electrones para los elementos IIIA.

3.- Los compuestos o iones que contienen un número impar de electrones ejemplos son NO, con 11 electrones en la capa de valencia, y NO2, con 17 electrones en la capa de valencia.

4.- Compuestos o iones en los que el elemento central necesita más de ocho electrones en la capa de valencia para mantener todos los electrones disponibles, D. cuando uno se encuentra con esto, se añaden las reglas extra a las etapas 4 y 6.

Etapa 4a: si C, el numero de electrones compartidos, es menor que el número necesario para enlazar todos los átomos al átomo central, entonces C se aumenta el número de electrones necesario.

Etapa 6a: si C debe aumentarse en la etapa 4a, entonces los octetos de todos los átomos podrían satisfacerse antes de que todos los electrones D hayan sido añadidos. Colocar los electrones extra sobre el elemento central.

3.1.2 Clasificación de los enlaces químicos.

Covalentes:

Las sustancias covalentes son aquellas que presentan enlaces 

covalentes entre sus átomos y se presentan en forma de grandes 

redes tridimensionales, como por ejemplo el carbono diamante y el carbono grafito.

El enlace covalente es aquel que se produce cuando los electrones 

de la última capa de un átomo son atraídos por el núcleo de otro átomo, y lo mismo ocurre con el segundo átomo. Los átomos se acercan hasta que alcanzan un equilibrio en el que las fuerzas de atracción nucleo-electrón y las fuerzas de repulsión nucleo-nucleo y electrón-electrón se equilibran. Se produce un solapamiento de los orbitales atómicos de la última capa. Las propiedades de este tipo de sustancias son: Sólidos, puntos de fusión y ebullición elevados. La solubilidad y la conductividad varían de una sustancia a otra.

Moleculares:

Son aquellas sustancias que presentan enlaces covalentes, pero que en lugar de formar macromoléculas, forman moléculas discretas, como es el caso del agua, del carbono fulereno y del amoniaco.

Las propiedades que presentan este tipo de moléculas son: Son, fundamentalmente, líquidos y gases. Tienen puntos de fusión y ebullición bajos. No conducen la electricidad y son insolubles en agua.

Iónicas:

Las sustancias iónicas son sustancias que presentan enlaces iónicos y forman grandes redes cristalinas.

Los enlaces iónicos se producen cuando en un enlace covalente, la 

diferencia de electronegatividad entre un átomo y otro es muy grande y suponemos que el par de electrones de enlace está en el átomo más electronegativo. De tal forma que se producen iones positivos y negativos. Este tipo de enlace se da 

fundamentalmente entre metales y no metales. Estas sustancias son, por ejemplo, el bicarbonato de sodio, el cloruro de potasio y el trisulfuro de aluminio II.

Las propiedades que se dan en este tipo de sustancias son: Sólidos cristalinos, puntos de fusión y ebullición elevados, solubles en agua, Conducen la electricidad fundidos o en disolución, pero no conducen la electricidad en estado sólido.

Metálicas:

Son aquellas que presentan un solo elemento, que forman grandes redes metálicas, donde los electrones de la capa de valencia están deslocalizados moviéndose por todo la sustancia, de esta forma, una nube de electrones recubre la sustancia y le da ese característico brillo metálico. Algunas de estas sustancias son el hierro, el sodio y el potasio.

Las propiedades de estas sustancias son: Sólidos, dureza variada. Puntos de fusión y ebullición también muy variados, insolubles en agua y característico brillo metálico.

3.1.1 Concepto de enlace químico.

Es la fuerza existente dos o más átomos que los mantienen unidos en las moléculas.

Al producirse un acercamiento entre dos o más átomos, puede darse una fuerza de atracción entre los electrones de los átomos y el núcleo de uno u otro átomo.

Si esta fuerza llega a ser lo suficientemente grande para mantener los átomos unidos, se ha formado un enlace químico.

Todos los enlaces químicos son el resultado de la atracción simultánea de dos o más electrones.

Los átomos se unen porque, al estar unidos, adquieren una situación más estable que cuando estaban separados.

Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles.

Los gases nobles tienen muy poca tendencia a formar compuestos y suelen encontrarse en la naturaleza como átomos aislados. Sus átomos, a excepción del helio, tienen 8 electrones en su último nivel. Esta configuración electrónica es extremadamente estable y a ella deben su poca reactividad.

Podemos explicar la unión de los átomos para formar enlaces porque con ella consiguen que su último nivel tenga 8 electrones, la misma configuración electrónica que los átomos de los gases nobles. Este principio recibe el nombre de regla del octeto y aunque no es general para todos los átomos, es útil en muchos casos.

2.3.3 ELEMENTOS CONTAMINANTES

  

Antimonio.

El antimonio se emplea en aleaciones, metal de imprenta, baterías, cerámica y textiles.

El envenenamiento se produce por ingestión, inhalación de vapores y principalmente por un gas llamado estibina.

 Arsénico.

Se emplea en venenos para hormigas, insecticidas, pinturas, medicamentos y vidrio.

Es uno de los elementos más venenosos que hay, así como sus compuestos, todos sin excepción.

   Azufre.

Principalmente sus óxidos SO2 Y SO3 contaminan el aire y con agua producen la lluvia ácida. Substancias tales como derivados clorados de azufre, sulfatos, ácidos, son corrosivos. El gas H2S es sumamente tóxico y contaminan el aire. El azufre es empleado en algunos medicamentos para la piel.

 Bromo.

Sus vapores contaminan el aire, además sus compuestos derivados son lacrimógenos y venenosos.

 Cadmio.

Metal tóxico que se origina en la refinación del zinc; también proviene de operaciones de electrodeposición y por tanto contamina agua y aire. Contenido en algunos fertilizantes y contamina el suelo.

 Cloro.

Sus vapores contaminan el aire y son corrosivos. Se le emplea en forma de cloratos para blanquear la ropa, para lavados bucales, para cerillos. Los cloratos son solubles en agua y la contaminan además de formar mezclas explosivas con compuestos orgánicos.

 Cromo.

El cromo y sus compuestos son perjudiciales al organismo, pues destruyen todas las células. Se le emplea en síntesis orgánicas y en la industria del acero. Un cromato soluble contamina el agua.

 Fósforo. El fósforo blanco o amarillo es muy venenoso.

El fósforo rojo no lo es, pero se encuentra contaminado por el blanco. Se emplea fósforo en síntesis, pinturas, fertilizantes, plaguicidas, ocasionando contaminación de aire, suelo y agua.

El gas PH3 es muy venenoso y los vapores de compuestos orgánicos fosforados contaminan el aire.

 Manganeso. Se emplea en la manufactura del acero y de pilas secas. La inhalación de polvos y humos conteniendo manganeso causa envenenamiento. También contamina el agua y atrofia el cerebro.

Mercurio. Metal de gran utilidad por ser líquido, pero contamina el agua, aire y causa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los peces y finalmente el hombre. Los granos lo retienen y finalmente el hombre los come.

 Plomo. El plomo se acumula en el cuerpo conforme se inhala del aire o se ingiere con los alimentos y el agua. La mayor parte del plomo que contamina el aire proviene de las gasolinas para automóviles, pues se requiere para proporcionarle propiedades antidetonantes. También se le emplea en pinturas, como metal de imprenta, soldaduras y acumuladores. Por su uso el organismo se ve afectado de saturnismo. Sus sales son venenosas como el acetato.

2.3.1 ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS EN LA NATURALEZA

Comúnmente se agrupan los elementos en Metales y No-Metales.

Los metales son elementos que tienen generalmente brillo metálico, son maleables, dúctiles, buenos conductores del calor y de la electricidad; la propiedad fundamental que justifica la clasificación, es que sus óxidos al combinarse con el agua forman hidróxidos.

Los no-metales son elementos químicos que con el oxígeno forman óxidos, que se combinan con el agua para constituir ácidos; estos óxidos se conocen con el nombre de anhídridos.

La tabla periódica nos muestra que los elementos están agrupados de modo tal que parece indicar su distribución en la naturaleza.

En la parte superior están los gases que constituyen la atmósfera como en nitrógeno y el oxígeno. En el centro están las sales y el agua, si se toma en cuenta que los extremos de la tabla se cierran y se unen los metales alcalinos con los halógenos.

En la parte inferior están los metales que en forma de minerales se encuentran en el interior de la tierra.

1. ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS EN LA NATURALEZA.

2. Los elementos químicos existentes en la naturaleza son 92 y pueden presentarse en estado gaseoso, líquido o sólido. De su unión está formada toda la materia que observamos en el Universo.

3. A CONTINUACIÓN SE NOMBRARAN LOS ELEMENTOS MÁS ABUNDANTES EN LA NATURALEZA:Carbono CHidrógeno HOxígeno ONitrógeno NFósforo P

4. Potasio KCalcio CaMagnesio MgFlúor FZinc ZnHierro Fe

5. Yodo ICloro ClGermanio GeGalio GaTitanio TiCadmio Cd

Elementos de importancia económica.

Hidrogeno (H).

Este elemento es muy importante en:

* La refinación de petróleo.

Aluminio (Al). 

El aluminio es resistente a la corrosión, se puede laminar e hilar por lo que se emplea en:

*La construcción de vehículos, aviones y utensilios domésticos.

  Cobalto (Co).

  Se emplea en:

*La fabricación de aceros especiales debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción.

* La fabricación de herramientas mecánicas de alta velocidad, imanes y motores.

* En forma de polvo, se emplea como pigmento azul para el vidrio.

  Mercurio (Hg).

  Es resistente a la corrosión y un buen conductor eléctrico. Se usa en la fabricación de:

*Instrumentos de presión, baterías, termómetros, barómetro, amalgamas dentales, medicamentos e insecticidas.

  Antimonio (Sb).

  Se utiliza en:

*Metales de imprenta.

* Fabricación de baterías y acumuladores. Recubrimientos de cables.

  Plata (Ag).

  Se emplea en:

*La acuñación de monedas.

* Manufacturas de vajillas y joyas. En la realización de fotografías.

  Cobre (Cu).

  Usado principalmente como:

*Conductor eléctrico.

*Elaboración de monedas y aleaciones de latón y bronce.

  Plomo (Pb).

  Se emplea para la fabricación de:

* Baterías y acumuladores.

* Pinturas. Soldaduras.

  Hierro (Fe).

  Se utiliza para fabricas:

* Acero, cemento, fundiciones de metales ferrosos.

  Oro (Au).

  Es el patrón monetario internacional, y se emplea en:

*Joyerías y ornamentos.

* Piezas dentales. Equipos científicos de elaboración.

  Carbono (C).

  El principal uso industrial del carbono es:

*Como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural).