• Relación entre las propiedades de las sustancias con el modelo de enlace: covalente e iónico

Observa los modelos interactivos de los distintos tipos de enlace y haz la actividad que se encuentra en:

http://concurso.cnice. mec.es/cnice2005/93_ iniciacion_interactiva_ materia/curso/ materiales/enlaces/ enlaces1.htm

¿Cómo saber qué tipo de enlace está presente en una sustancia?

Pese a su diversidad, las sustancias pueden clasificarse en cuatro grandes grupos:

1. Aquellas que presentan únicamente enlaces metálicos (los metales y sus aleaciones se incluyen en este grupo). 2. Sustancias que presentan únicamente enlaces covalentes. Éstas pueden ser moleculares o reticulares y, en general, están compuestas exclusivamente por no metales, por ejemplo, el bióxido de carbono CO2 (g), el agua H2O (l) y el diamante C(s). 3. Sustancias unidas exclusivamente por enlaces iónicos. A este tipo de sustancias pertenecen las sales binarias (formadas por un metal y un no metal) como KF, NaCl,

Al O2 3, etcétera. 4. Sustancias que presentan tanto enlaces iónicos como covalentes. Este tipo de sustancias usualmente está compuesta de un metal y varios no metales, como el bicarbonato de sodio (NaHCO3), el nitrato de potasio (KNO3) y el sulfato de cobre (CuSO4).

El primer grupo (el de los materiales metálicos), como vimos con anterioridad, es fácilmente distinguible tanto por su apariencia como por sus propiedades.

Las sustancias unidas, exclusivamente, por enlaces covalentes tienen estados de agregación muy diversos, pues podemos encontrar sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Las propiedades que nos permiten reconocer a este grupo de sustancias son: a. A temperatura ambiente, son gases. Las sustancias gaseosas son siempre sustancias moleculares (los gases nobles son una excepción a esta regla, pues éstos forman gases monoatómicos) (figura 43).

CO Monóxido de carbono CO2 Dióxido de carbono

N2 Nitrógeno atmosférico

FIGURA 43. Las siguientes sustancias son gases a temperatura ambiente. Todas son sustancias moleculares, pues cada una está formada por un número finito y definido de átomos.

O2 Oxígeno atmosférico u oxígeno molecular

CH2 Metano

C4H10 Butano

b. Podemos decir lo mismo de la mayoría de las sustancias que son líquidas a temperatura ambiente: todas son sustancias moleculares que presentan, exclusivamente, enlaces covalentes (figura 44), excepto el mercurio, que es un metal.

Agua

Ácido oleico (aceite de oliva) Iso-octano (gasolina) Acetona

FIGURA 44. Todas estas sustancias líquidas son moleculares.

¿Y qué se puede decir de una sustancia sólida que claramente no es metálica? En este caso, existen varias posibilidades, pues las sustancias sólidas pueden ser:

Sustancias moleculares unidas sólo mediante enlaces covalentes cuyo punto de fusión es mayor a la temperatura ambiente. Estas sustancias son fácilmente reconocibles, pues al calentarlas un poco se funden o, en algunos casos, se evaporan (subliman): las grasas, la parafina, el yodo (I2) (figura 45) y el azúcar (sacarosa) son ejemplos de este tipo de sustancias.

a b c

FIGURA 45. El yodo es un sólido molecular, pues al calentarlo ligeramente pasa de sólido (a) a gas (b). En (c) puedes ver la estructura de Lewis.

FIGURA 46. El cuarzo es una sustancia reticular formada exclusivamente por enlaces covalentes (no forma moléculas). Sustancias reticulares unidas exclusivamente por enlaces covalentes. Una sustancia reticular consiste en una red infinita de átomos (iguales o diferentes) todos ellos unidos por enlaces covalentes. ¿Recuerdas el caso del diamante y el grafito? Estas sustancias no forman moléculas, sino redes infinitas. Otros ejemplos de esta clase de sustancias son el cuarzo (SiO2), el silicio elemental, el arsénico elemental (As) y el boro elemental (B) (figura 46).

Las sustancias reticulares tienden a presentar puntos de fusión muy altos, por lo que podemos distinguirlas de los sólidos moleculares usando esta propiedad. Sustancias iónicas o compuestos iónicos son aquellas en las que, por lo menos, un enlace es iónico; pueden ser de dos clases: a. Los compuestos binarios (los que están formados por un metal y un no metal, como el cloruro de potasio (KCl), y los óxidos metálicos, como el óxido férrico (Fe O2 3) (figura 47a). b. Las que presentan enlaces tanto iónicos como covalentes, como el nitrato de sodio (NaNO3), el clorato de potasio (KClO3), o el sulfato de sodio (Na2SO4) (figura 47b), sólo por mencionar algunas.

En los compuestos iónicos, la atracción electrostática entre el catión (carga positiva) y el anión (carga negativa), es la que los mantiene fuertemente unidos. Los compuestos iónicos son, por tanto, un conjunto ordenado de iones cuya colocación permite que se maximicen las atracciones (interacción anión-catión), minimizando las repulsiones que se dan en las interacciones entre iones con cargas similares; catión-catión o anión-anión. Es el acomodo de estos iones lo que le da a los compuestos iónicos su naturaleza reticular. Los compuestos iónicos no forman moléculas, sino redes.

Es importante mencionar que los iones pueden ser tanto monoatómicos (Na+, K+ , Ca2–, O2–, S2–, F–) como poliatómicos (NH

a b

Cl–

K+ Na

S O

FIGURA 47. Todas las sustancias llamadas iónicas forman sólidos reticulares (no forman moléculas), tanto aquellas unidas exclusivamente por enlaces iónicos (a), como las que presentan enlaces iónicos y covalentes (b).

4 +, SO4 2–, NO3 –, CO3

2–).

Muchas sustancias iónicas son solubles en agua y, en general, sus puntos de fusión son altos; pero, entonces, ¿cómo podemos distinguir a las sustancias iónicas de las covalentes, que son sólidas a temperatura ambiente?

Experimenta

1. Reúnanse en equipos de tres integrantes para evaluar la conductividad de una serie de disoluciones, por lo que deberán construir un dispositivo como el que usaron en la actividad “Identifica las propiedades de los metales”. Consulten la actividad sobre el tema de metales, en este bloque. 2. Consigan el siguiente material: • Dispositivo para medir la conductividad. • 1 o 2 vasos pequeños de precipitados (50 ml) o un recipiente pequeño • Una tabla periódica • 200 ml de agua (con la máxima pureza posible) • 1 g de cloruro de sodio (sal de cocina) • 1 g de sacarosa (azúcar) • 5 ml de acetona (quitaesmalte de uñas) • 5 ml de etanol (alcohol de caña) • 1 g de dos de las siguientes sustancias: KCl (sal baja en sodio), nitrato de sodio (NaNO3) , NaHCO3 (bicarbonato de sodio, se consigue en las farmacias), sulfato de sodio (Na2SO4), fosfato monobásico de potasio (KH2PO4),NaBr (bromuro de sodio), NaI (yoduro de sodio), KI (yoduro de potasio) • 1 g de alguna de las siguientes sustancias: Al2O3 (óxido de aluminio), Fe2O3 (óxido férrico), CaO (cal),

CaF2 (fluoruro de calcio), CuO (óxido cúprico), BaSO4 (sulfato de bario), carbonato de bario (BaCO3) • 1 g de alguna de las siguientes sustancias: acetato de amonio (NH4C2H3O2), cloruro de amonio (NH4Cl), sulfato de amonio (NH4)2SO4, bicarbonato de amonio (NH4 HCO3)

Identifica propiedades de compuestos iónicos y covalentes. Segunda parte

Para la siguiente parte de la actividad es importante que el material se encuentre perfectamente limpio, por lo que les recomendamos enjuagarlo muy bien con agua destilada antes de usarlo. 1. Evalúen la conductividad de cada una de las sustancias por separado, ya sean sólidas o líquidas (incluyendo el agua); para ello: a. Agreguen 20 ml de agua en un vaso de precipitados y 0.5 g de KCl (el ensayo no requiere que pesen cantidades exactas). Recuerden anotar en su cuaderno y por separado lo que piensan que sucederá. b. Agiten y observen. ¿Se disolvió la sustancia completamente en el agua? Anoten sus resultados. c. Si la sustancia se disolvió en agua, evalúen si la disolución conduce corriente eléctrica. Si la sustancia no se disuelve, no tiene caso evaluar la conductividad. Es importante mencionar que un ensayo positivo de conductividad (cuando el foco se enciende) es una prueba de que en la disolución hay iones presentes, pues se requiere de su presencia para conducir corriente eléctrica en una disolución, por lo que si no hay iones en la disolución no hay conducción de corriente eléctrica. d. Repitan los pasos anteriores para cada una de las sustancias disponibles. Enjuaguen bien el vaso antes de volver a usarlo. 4. Analicen, en equipo, sus resultados. Primero contesten con “falso” o “verdadero” cada una de las siguientes preguntas pero, en cada caso, mencionen qué experimentos les permiten sustentar su respuesta: • Todos los compuestos iónicos son solubles en agua. 3. Experimenten • Todos los compuestos iónicos en estado sólido no conducen la electricidad. Primera parte • Todas las sustancias que se disuelven en agua son Deben observar y anotar la fórmula de cada una de las iónicas. sustancias que evalúen. • Todas las sustancias iónicas deben contener metales. a. Observen cada una de las sustancias, basándose únicamente en su estado de agregación. • Si una sustancia es iónica y se disuelve en agua entonces conduce electricidad. • ¿Qué pueden deducir de cada una de las sus- 5. Comparen sus hipótesis y resultados y discutan con su tancias? grupo. b. Clasifíquenlas de acuerdo con lo que puedan con- Al final, con la ayuda de su maestro, lleguen a cluir de los enlaces presentes en esas sustancias. conclusiones grupales sobre las propiedades que les • ¿Cuáles podrían ser iónicas? permiten diferenciar un compuesto iónico de uno • ¿Cuáles sólo están formadas de no metales? covalente. (Para contestar estas preguntas consideren Con ayuda de su maestro, para aquéllas sustancias en las que si la sustancia contiene elementos metáli- que pudieron identificar la presencia de enlaces iónicos, cos, pero no es un metal, es probable que sea identifiquen las partículas (iones) que participan en la iónica.) formación de este enlace.

Lee más...

Aprecia las propiedades que tienen otros compuestos de acuerdo con su tipo de enlace, para ello te recomendamos leer la obra de:

Beltrán, Faustino. (2006). ¡La culpa es de las moléculas! México: sep-Lumen.

Que se encuentra en la Biblioteca de Aula.

FIGURA 48. Gracias a la tensión superficial del agua, el mosquito puede caminar en ella, pero más importante, esta propiedad es la que ayuda al agua a subir (con todos los nutrientes disueltos en ella), por los capilares de plantas y árboles y alimentar incluso a las hojas situadas en las copas de los árboles más altos.

Como habrás notado en la actividad anterior, la forma en que se enlazan los átomos influye de forma importante en muchas de las propiedades físicas de las sustancias. Sin embargo, además de los enlaces químicos (ya sean iónicos, covalentes o metálicos), las interacciones débiles (llamadas además intermoleculares), también son importantes.

Uno de los ejemplos más notables es el del agua. Como mencionamos anteriormente, las moléculas de agua interaccionan fuertemente entre sí. Aunque estas interacciones no son lo suficientemente fuertes para considerarlas enlaces químicos, son sumamente importantes y le confieren al agua algunas propiedades únicas:

Puede absorber una importante cantidad de calor e incrementar muy poco su temperatura; esto ayuda a que todos los seres vivos que vivimos fuera del agua regulemos fácilmente la temperatura de nuestro cuerpo, pues usamos el agua como regulador de calor. En el planeta, el agua realiza la misma función, pues los océanos ayudan a regular la temperatura de la biósfera.

El agua es uno de los pocos líquidos que cuando se congela, el sólido que se forma es menos denso que el líquido. Nadie se sorprende de que el hielo flote, ¡pero es extraordinario! Esto ha permitido la vida en los océanos y, con ello, en la Tierra. Si el hielo fuese más denso que el agua, los océanos estarían permanentemente congelados y sólo la parte superior sería líquida (en verano).

Adicionalmente, la fuerza de interacción entre las moléculas de la superficie del agua (propiedad conocida como tensión superficial) es mucho más fuerte que en otros líquidos, lo que hace que en el agua se forme una película superficial resistente, esto es semejante a tener una “piel gruesa”, que es difícil de romper (figura 48).

Elabora modelos

Elabora representaciones. a. Utilizando el modelo atómico de Bohr, dibuja una representación para cada uno de los siguientes átomos: H, F, C, Li, O b. A partir de las representaciones que elaboraste en el inciso anterior, ahora dibuja las representaciones para las siguientes sustancias: 1) CH4 2) H2O 3) Li2O 4) LiF c. Ahora, acerca de cada una de las sustancias anteriores, explica: • ¿Cómo se mantienen unidos los átomos que la forman? • ¿Qué papel juegan los electrones en la formación del enlace químico? • ¿Qué tipo de enlace (iónico o covalente) mantiene unidos a los átomos en estas sustancias? d. Con el siguiente conjunto de iones, ¿cuantas sustancias distintas podrías formar? Escribe sus fórmulas químicas. ¿Qué tipo de interacción se presenta entre estos iones? Li1, Ca21, NH4 1, Pb21, Cl2, SO4 22, NO3

2

Repasa y practica en el siguiente interactivo: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4es ofisicaquimica/4quincena8/4q8_index.htm, lo que has estudiado sobre enlaces químicos.

Autoevaluación Al completar esta tabla sabrás si lograste dominar los aprendizajes señalados. Rellena el cuadro que corresponda a tu propia evaluación y comenta, en la última columna, la tarea necesaria para que logres el aprendizaje; comparte la tabla con tus compañeros y tu maestro.

INDICADOR DEL LOGRO

¿Identificas las partículas e interacciones electrostáticas que mantienen unidos a los átomos? ¿Explicas las características de los enlaces químicos, a partir del modelo de compartición (covalente) y de transferencia de electrones (iónico)? ¿Identificas que las propiedades de los materiales se explican mediante su estructura (atómica, molecular)?

LO SÉ

(Tengo el conocimiento)

LO SÉ HACER

(Desarrollé las habilidades para representar y seguir procedimientos)

VALORO EL APRENDIZAJE COMENTARIOS

Sí Aún no Sí Aún no Sí No ¿Cómo lo lograré?

Evalúo mi avance

Contesta el siguiente cuestionario. 1. ¿Cómo se forma un enlace iónico? 2. ¿Cómo se forma un enlace covalente? 3. ¿Cuál de las siguientes propiedades te sirve para asegurar que un compuesto es iónico? Justifica tu respuesta: • Que sea sólido. • Que sea soluble en agua. • Que conduzca electricidad en solución acuosa. • Que conduzca electricidad en estado sólido. 4. ¿Qué tipo de enlace dirías que hay en un compuesto que es líquido a temperatura ambiente? ¿Podrías estar 100% seguro?

Justifica tu respuesta. 5. ¿Las estructuras de Lewis representan todos los electrones de un átomo o una molécula? ¿A qué electrones representan? 6. ¿Cuál de las siguientes combinaciones favorece la formación de enlaces covalentes? Explica tu respuesta: • Átomo metálico-átomo no metálico • Átomo metálico-átomo metálico • Átomo no metálico-átomo no metálico

7. Considerando que una alberca contiene muchas sales disueltas (que se agregan como parte del proceso de limpieza), pon en acción lo que has aprendido de las propiedades de los compuestos iónicos para explicar por qué es particularmente riesgoso nadar, ya sea en el mar o en una alberca durante una tormenta eléctrica.