16.- ENLACE COVALENTE Y ELECTRONEGATIVIDAD

UNIDAD DIDÁCTICA 3: EL ENLACE QUÍMICO (2ª PARTE)

APARTADO 16 - ENLACE COVALENTE Y ELECTRONEGATIVIDAD

QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA

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QUÍMICA. 2º DE BACHILLERATO

PROFESOR: CARLOS MARTÍN ARTEAGA

UNIDAD DIDÁCTICA 3

EL ENLACE QUÍMICO

PARTE 2: EL ENLACE COVALENTE

16.- ENLACE COVALENTE Y ELECTRONEGATIVIDAD

ESTUDIA / APRENDE

A qué llamamos enlace covalente puro y enlace covalente heteropolar, fijándote bien en las

diferencias entre los dos.

Qué es y cómo se forma un dipolo.

La forma de representar un dipolo.

La gradación que existe entre el enlace covalente apolar y el enlace iónico debido a la

diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados.

A qué llamamos momento dipolar.

Cómo se calcula el valor del momento dipolar de un enlace.

Qué son moléculas apolares y moléculas polares.

Cómo se determina el momento dipolar de una molécula

La relación entre geometría de las moléculas y su polaridad.

Recuerda el concepto de electronegatividad que ya hemos estudiado. Decíamos que la electronegatividad mide la facilidad que tienen los átomos de cada elemento químico para atraer hacia sí los electrones. La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha dentro de un mismo periodo y de abajo a arriba en una misma columna.

Cuando en un enlace covalente los electrones son compartidos por dos átomos iguales o de la misma electronegatividad, estos electrones son compartidos por los dos átomos con la misma intensidad, no se desplazan hacia ninguno de los dos átomos, lo que origina una distribución simétrica de la carga electrónica. Los enlaces covalentes en estos casos se dice que son ENLACES COVALENTES PUROS (o apolares).

Cuando se forma un enlace covalente entre dos átomos que no tienen la misma electronegatividad se produce un ENLACE COVALENTE HETEROPOLAR (o polar): los electrones del enlace covalente son, como ya ha quedado explicado, compartidos; pero, en este caso, estos electrones del enlace se ven atraídos en mayor medida por el átomo más electronegativo, es decir, existe mayor probabilidad de encontrar a estos electrones más cerca del átomo más electronegativo dentro del orbital molecular, ya que, como recordarás, el elemento más electronegativo tiene más facilidad para atraer electrones hacia sí. Esto hace que exista en el enlace un desequilibrio en la distribución de las cargas, con un predominio de carga negativa en el átomo más electronegativo y positiva en el otro átomo. Se forma así un dipolo de cargas.

Un DIPOLO es un sistema en que la distribución de las cargas eléctricas es asimétrica lo que hace que exista una zona con exceso de carga negativa y, por tanto, otra zona con exceso de carga positiva. Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los dos átomos mayores serán las cargas positiva y negativa del dipolo.

Los símbolos + y – que aparecen en numerosas ocasiones en los dipolos indican que no se llega a alcanzar una carga eléctrica neta o entera, positiva o negativa. Se trata de cargas parciales (no llega a ser la carga completa de un electrón), y por tanto no llegan a formarse verdaderos iones positivos o negativos.




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EJEMPLO

En el enlace entre dos átomos de hidrógeno para formar la molécula de este gas, los electrones que producen el enlace son compartidos por igual por los dos átomos, la densidad electrónica es perfectamente simétrica, o sea, se puede localizar a cualquiera de estos dos electrones con la misma probabilidad en las proximidades de un átomo como en las del otro.

Sin embargo en el enlace entre un átomo de hidrógeno y uno de oxígeno, los dos electrones del orbital molecular no son compartidos por igual, puesto que, al ser el oxígeno más electronegativo es capaz de atraer hacia sí a estos dos electrones y la densidad electrónica es mayor en los alrededores del oxígeno; esto quiere decir que hay más probabilidad de encontrar a estos electrones en las proximidades del oxígeno, la carga negativa está desplazada hacia el oxígeno quedando el núcleo del hidrógeno algo desarropado de su electrón y formándose, por tanto, un exceso de carga negativa sobre el oxígeno y de carga positiva sobre el hidrógeno. SE HA FORMADO UN DIPOLO.

En el primer caso tenemos un ENLACE COVALENTE PURO. En el segundo caso el enlace covalente es HETEROPOLAR.

En las figuras vemos las distintas posiciones que van ocupando en diferentes momentos los dos electrones compartidos: en el enlace H–H los dos electrones compartidos van repartiendo sus posiciones de forma simétrica entre los dos átomos, mientras que en el enlace H–O los electrones compartidos están un mayor número de veces más cerca del Oxígeno que del Hidrógeno.

OTRO EJEMPLO: En el HCI, el par de electrones de enlace tiende a permanecer más tiempo cerca del núcleo del átomo más electronegativo, en este caso el átomo de cloro. Como consecuencia de ello se crea una distribución asimétrica de la carga electrónica (carga negativa sobre el cloro y positiva sobre el hidrógeno) y se forma un dipolo eléctrico.

Podemos decir hay una gradación entre un enlace covalente apolar y un enlace iónico, como queda reflejado, por ejemplo, en los compuestos del cloro: Cl2, HCl y NaCI.

Si nos fijamos en esa gradación, el enlace íónico lo podríamos considerar como un caso límite de enlace covalente: un enlace covalente de polaridad máxima.

Así los siguientes enlaces irían aumentando su polaridad, desde el flúor molecular, covalente apolar, hasta el fluoruro de litio totalmente iónico. F―F, O―F, N―F, C―F, B―F, Be―F, Li―F

De otra forma, como el enlace iónico se forma por el desplazamiento total del par de electrones de uno a otro de los átomos, cuando tiene lugar un desplazamiento parcial se puede considerar al enlace covalente como de carácter parcialmente iónico.

Para conocer el grado del carácter iónico de una molécula covalente, Linus Pauling ideó un método empírico basado en la medida de la diferencia de electronegatividades de los átomos que forman el enlace en cuestión.




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Según Pauling, cuando la diferencia de electronegatividades es de 1,7, el enlace tiene, podemos decir que, aproximadamente, el 50 % de carácter iónico. Si la diferencia es mayor, la sustancia es fundamentalmente iónica, y si es menor es básicamente covalente. Por tanto, consultando la tabla de electronegatividades de Pauling se tiene un método orientativo para predecir la naturaleza esencialmente iónica o covalente de un compuesto a formar entre dos elementos químicos.

EL MOMENTO DIPOLAR

Como hemos visto, un dipolo está constituido por dos cargas eléctricas iguales y de signo contrario (q- y q+) que están situadas a una cierta distancia d. Existe una magnitud vectorial que vamos a utilizar muchísimo y que nos permite cuantificar el valor de un dipolo: la magnitud momento dipolar.

El MOMENTO DIPOLAR es un vector cuyo módulo es igual al producto del valor de la carga por la distancia que hay entre ellas, la dirección es la línea que une a las dos cargas y el sentido es de la positiva a la negativa.

Es importante que veamos que la magnitud momento dipolar es una magnitud vectorial. La unidad en la que se suele medir el momento dipolar es el Debye (D). La equivalencia entre el Debye y el Culombio · metro (que es la unidad del momento dipolar en el S.I.) es:

1D = 3,33·10-30 C·m

En una molécula en la que existen varios enlaces con momentos dipolares (enlaces heteropolares) EL MOMENTO DIPOLAR DE UNA MOLÉCULA ES LA SUMA VECTORIAL DE LOS MOMENTOS DIPOLARES DE TODOS LOS ENLACES DE LA MOLÉCULA.

Lo frecuente es que una molécula que tenga enlaces polares sea polar, pero hay moléculas que teniendo enlaces polares son apolares, como la del tetracloruro de carbono CCl4. En este caso, como vamos a ver más adelante, se debe a que la suma de los momentos dipolares es cero.

Atendiendo al momento dipolar de las moléculas, podemos clasificar a éstas en polares y apolares:

Las MOLÉCULAS POLARES se forman cuando en la molécula hay enlaces covalentes heteropolares en los que la suma de sus momentos dipolares no es nula. En estas moléculas aparecen zonas en la que se acumula en mayor medida la carga negativa (zonas en las que haya mayor densidad de electrones) y, por tanto, otras zonas en las que aparezca una cierta carga positiva (las moléculas en conjunto tienen que ser neutras), o sea, zonas en las que los electrones se hallen con menor probabilidad.

En la figura tienes representada la molécula polar de agua

Las MOLÉCULAS APOLARES se forman cuando los enlaces covalentes que existen en ella son covalentes puros o cuando la suma de los momento dipolares de los enlaces heteropolares que posee es nula (los dipolos de estos enlaces se contrarrestan debido a la simetría de la molécula). En ellas no aparecen las zonas de cargas: las cargas están distribuidas homogéneamente.

Siempre tenemos que tener en cuenta que la molécula es una partícula neutra (tenga las cargas simétrica o asimétricamente repartidas, la suma de protones y la suma de electrones tiene que ser la misma)




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EJEMPLOS:

La molécula de HCI es covalente polar porque el Cl es más electronegativo que el H y atrae más hacia sí el par de electrones del enlace:

En el caso del metano CH4 la suma vectorial de los momentos dipolares de los cuatro enlaces C – H es igual a cero. Es una molécula apolar.

Esto quiere decir que en el CH4 los dipolos de sus enlaces se anulan entre sí, o bien que los centros de las cargas positivas y negativas coinciden para el conjunto de la molécula. Esto es debido a que dicha molécula es simétrica y tiene una geometría tetraédrica.

De las medidas del momento dipolar de una molécula se pueden deducir datos sobre la geometría de la molécula. Así, de los datos del momento dipolar resultante de la molécula del agua H2O se deduce que ésta es polar y esto excluye el que tenga una geometría lineal, pues si así lo fuera, los dos dipolos iguales y contrarios de cada enlace se anularían y dada como consecuencia un momento dipolar neto igual a cero.

ACTIVIDADES RESUELTAS:

Predecir la forma geométrica de las siguientes moléculas (ninguna de ellas posee momento dipolar): CO2, SO3 y CCl4.

Si observamos los enlaces que se producen en las tres moléculas vemos que todos son enlaces covalentes heteropolares. Para que una molécula con enlaces heteropolares no tenga momento dipolar (es decir, sea apolar) tiene que tener compensados los momentos dipolares existentes.

En el caso de la molécula de CO2, el carbono es el átomo central de la misma y está unido mediante enlaces dobles a dos átomos de oxígeno, siendo el oxígeno más electronegativo que el carbono. Para que se neutralicen ambos momentos dipolares, tienen que ser vectores en la misma dirección y sentido opuesto, o sea, que la molécula tiene que ser lineal.

En el caso del SO3, el azufre, menos electronegativo que el oxígeno, se encuentra unido mediante enlaces dobles con tres átomos de oxígeno. La única forma posible para que los momentos dipolares se anulen es que el la molécula tenga una forma triangular plana: El azufre en el centro de un triángulo equilátero en cuyos vértices se encuentran los átomos de oxígeno.

En la molécula de CCl4, el carbono (menos electronegativo que el cloro) se encuentra unido mediante enlaces simples a cuatro átomos de cloro. La única forma de que se anulen los cuatro momentos dipolares es que el carbono se encuentre en el centro de un tetraedro (o pirámide triangular) con los cuatro cloros en los vértices.




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Explica la forma de la molécula BF3, sabiendo que tiene un momento resultante igual a cero.

Igual que vimos en la molécula de SO3, para que el momento resultante sea 0 se tienen que neutralizar los tres momentos dipolares procedentes de los enlaces B–F, ya que el flúor es bastante más electronegativo que el Boro. La única forma que hay para que los tres momentos dipolares iguales se neutralicen es que la molécula sea triangular plana con ángulos de enlace iguales a 120º.

Explica si la molécula SiF4 es polar o no.

La molécula de SiF4 es tetraédrica, puesto que en el Silicio se produce hibridación sp3. Por tanto los cuatro momentos dipolares Si F, al ser iguales, se anulan: la molécula es apolar.

Explica si la molécula CHCl3 es polar o no.

La molécula de CHCl3 es también tetraédrica, puesto que en el Carbono se produce hibridación sp3. Pero en este caso los cuatro momentos dipolares no son iguales, ya que el cloro es más electronegativo que el carbono, pero el carbono es más electronegativo que el Hidrógeno, por lo que no se anulan los momentos dipolares y la molécula es polar.

¿Cuál o cuáles de las siguientes moléculas son polares?

a) F2 b) O2 c) I2 d) NaBr e) HCI

La solución correcta es la e) puesto que el enlace es covalente y la electronegatividad del Cl es mucho mayor que la del H. El NaBr no forma moléculas por ser enlace iónico.

Ordenar de mayor a menor polaridad los enlaces siguientes:

a) N—N b) N—F c) N—O

Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los átomos unidos, mayor es la polaridad del enlace. En nuestro caso: N–F > N–O > N–N.

Dadas las siguientes sustancias: CS2 (lineal), HCN (lineal), NH3 (piramidal) y H2O (angular):

a) Escribe sus estructuras de Lewis.

b) Justifica la polaridad de cada una.

a)

b) Cuando en una molécula se dan enlaces covalentes heteropolares (diferente electronegatividad entre los átomos) la molécula puede ser polar o apolar. Para que sea apolar se tienen que anular los momentos dipolares, y esto se puede determinar conociendo la geometría de la molécula.




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En el caso de la molécula de CS2, al tener el C y el S la misma electronegatividad (χ = 2,55), sería ya de por sí apolar.

En el caso del HCN, la molécula es lineal, el N (χ = 3,04) es más electronegativo que el C (χ = 2,55) y este que el H (χ = 2,20), por lo que los momentos dipolares, en la molécula lineal se posicionan como indica la figura. Por lo que los momentos dipolares no se anulan y la molécula sería polar (μ=2,985D).

En la molécula de amoniaco (NH3), al ser piramidal, estando el nitrógeno en el vértice superior, y al ser más electronegativo el N (χ = 3,04) que el H (χ = 2,20), todos los momentos dipolares se dirigen hacia dicho vértice superior, por lo que tienen un efecto aditivo, no se anulan, y la molécula será polar (μ=1,47D).

La molécula de agua es angular; los momentos dipolares se dirigen hacia el vértice del ángulo donde se sitúa el oxígeno, por ser este (χ = 3,44) más electronegativo que el hidrógeno (χ = 2,20), por lo que no se anulan y la molécula es polar (μ=1,85D).

CONTESTA Y REPASA

¿Qué tipo de enlace se forma al combinarse el oxígeno y el hidrógeno? ¿Por qué? Explica detenidamente qué es lo que ocurre teniendo en cuenta le diferencia de electronegatividad de los dos elementos. ¿Forman un átomo de oxígeno y otro de hidrógeno una molécula? ¿Por qué?

¿Por qué es apolar la molécula de oxígeno (O2) y por qué es polar la molécula de fluoruro de hidrógeno (HF)?

Indica y explica cuál es la respuesta correcta: El nitrógeno presenta enlace: a) Metálico c) Covalente polar

b) Covalente apolar d) Covalente coordinado

Considera las siguientes moléculas CCl4, OF2 y NCl3:

Dibuja su estructura de Lewis.

Describe su forma geométrica.

Indica y explica si son polares o apolares.

Considera las siguientes moléculas H2S, BeH2 y HCHO:

Dibuja su estructura de Lewis.

Describe su forma geométrica.

Indica y explica si son polares o apolares.

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