⚛️ Tipos de Enlaces Químicos
¿Qué es un Enlace Químico?
Un enlace químico es la fuerza que mantiene unidos dos átomos en una molécula. Las fuerzas de atracción electrostáticas entre nucleos y electrones son la base de todos los enlaces químicos.
- Enlaces Fuertes o Intramoleculares:
- Iónico (transferencia de electrones)
- Covalente (compartir electrones)
- Metálico (mar de electrones)
- Enlaces Débiles o Intermoleculares:
- Dipolo-dipolo
- Fuerzas de Londres
- Puentes de hidrógeno
📖 Comparación de Características
| Tipo de Enlace | Participantes | Mecanismo | Energía | Ejemplos |
|---|---|---|---|---|
| Iónico | Metal + No metal | Transferencia e⁻ | 400-4000 kJ/mol | NaCl, MgO |
| Covalente | No metales | Compartir e⁻ | 150-1000 kJ/mol | H₂, O₂, H₂O |
| Metálico | Metales | Mar de e⁻ | 100-350 kJ/mol | Fe, Cu, Al |
🎓 Electronegatividad
La diferencia de electronegatividad (ΔEN) entre dos elementos determina el tipo de enlace:
- ΔEN = 0: Enlace covalente puro (apolar)
- 0 < ΔEN < 1.7: Enlace covalente polar
- ΔEN ≥ 1.7: Enlace iónico
🌐 Enlace Covalente
Definición
Es la unión química producida por la compartición de electrones entre dos átomos no metálicos. Cada átomo aporta un electrón que forma una nube electrónica compartida.
- Enlace Simple (σ): Un par de electrones compartidos. Ejemplo: H-H, C-C
- Enlace Doble (σ + π): Dos pares de electrones compartidos. Ejemplo: C=C, O=O
- Enlace Triple (σ + 2π): Tres pares de electrones compartidos. Ejemplo: C≡C, N≡N
📖 Covalente Puro vs Polar
Covalente Puro (Apolar): Los electrones se comparten equitativamente. Ocurre entre átomos iguales.
Covalente Polar: Los electrones se comparten desigualmente hacia el átomo más electronegativo.
Propiedades del Enlace Covalente
- Longitud de enlace: Distancia entre núcleos (~0.74 Å para H-H)
- Ángulo de enlace: Ángulo formado por tres átomos (109.5° para tetraédrico)
- Energía de disociación: Energía necesaria para romper el enlace
- Orden de enlace: Número de pares de electrones compartidos
🎓 Resonancia
Algunos compuestos no pueden representarse correctamente con una sola estructura de Lewis. La resonancia es una mezcla de varias estructuras.
Estructura real = promedio de dos formas de resonancia
⚡ Enlace Iónico
Definición
Es la atracción electrostática entre cationes (iones positivos) y aniones (iones negativos). Se forma cuando hay transferencia completa de electrones de un átomo a otro.
- El metal cede electrones (oxidación) → Catión
- El no metal acepta electrones (reducción) → Anión
- Atracción electrostática entre iones
📖 Ejemplo: NaCl
Cl (17e⁻) + 1e⁻ → Cl⁻ (18e⁻)
Na⁺ ←→ Cl⁻ (Unión iónica)
Propiedades de Compuestos Iónicos
- Estado físico: Sólidos cristalinos a temperatura ambiente
- Punto de fusión: Generalmente alto (801°C para NaCl)
- Conductividad: Excelente en solución o estado fundido (iones móviles)
- Solubilidad: Generalmente solubles en disolventes polares (agua)
- Fragilidad: Se rompen fácilmente (estructura cristalina rígida)
🎓 Relación Iónico/Covalente
| Propiedad | Compuesto Iónico | Compuesto Covalente |
|---|---|---|
| Punto de fusión | Alto (>300°C) | Bajo (<300°C) |
| Conductividad eléctrica | Sólo en solución | No conduce |
| Dureza | Quebradizo | Variable |
| Solubilidad | Polar (agua) | Apolar (benceno) |
🥈 Enlace Metálico
Definición
El enlace metálico es la unión entre átomos de metales mediante electrones deslocalizados que forman un "mar de electrones" móviles. Estos electrones no pertenecen a ningún átomo específico.
- Los átomos metálicos ceden electrones de valencia
- Se forma una nube electrónica móvil alrededor de cationes
- Los electrones pueden moverse libremente (deslocalización)
- Responsable de la conductividad y maleabilidad
📖 Propiedades de Metales
- Conductividad eléctrica: Excelente (electrones móviles)
- Conductividad térmica: Excelente (transferencia de energía por e⁻)
- Maleabilidad: Se pueden deformar en láminas
- Ductilidad: Se pueden estirar en hilos
- Brillo: Reflejan luz (absorción y re-emisión de fotones)
- Punto de fusión: Variable (Hg líquido a 25°C, W ~3400°C)
🎓 Compuestos Intermetálicos
Son aleaciones con composición química definida (no simples mezclas):
- Latón: Cu-Zn (estructura ordenada)
- Bronce: Cu-Sn (propiedades mejoradas)
- Acero inoxidable: Fe-Cr-Ni (resistencia a corrosión)
🧲 Polaridad Molecular
Concepto de Dipolo
Un dipolo eléctrico es la separación de cargas positivas y negativas en una molécula. Se representa con una flecha (→) apuntando hacia la carga negativa.
Unidad: Debye (D) | 1 D = 3.34 × 10⁻³⁰ C·m
📖 Moléculas Polares vs Apolares
| Tipo | Momento Dipolar | Ejemplo | μ (D) |
|---|---|---|---|
| Apolar | μ = 0 | H₂, CO₂, BF₃ | 0 |
| Polar | μ > 0 | H₂O, HCl, NH₃ | 0.5-1.8 |
| Muy polar | μ >> 0 | HF | 1.92 |
Factores que Determinan la Polaridad
- Electronegatividad: Diferencia en afinidad por electrones
- Geometría molecular: Arreglo 3D de los átomos
- Simetría: Cancelación de dipolos individuales
🎓 Ejemplo: Moléculas Trisustituidas
- BF₃ (planar trigonal): Apolar (dipolos se anulan)
- NH₃ (piramidal): Polar (dipolos NO se anulan)
📐 Geometría Molecular (VSEPR)
Teoría VSEPR
La Teoría de Repulsión de Pares Electrónicos de Valencia (VSEPR) predice la geometría de moléculas basándose en la repulsión entre pares electrónicos alrededor del átomo central.
- Contar pares de electrones alrededor del átomo central
- Pares enlazantes: forman enlaces covalentes
- Pares solitarios: no participan en enlaces
- Los pares se distribuyen para maximizar distancia
📖 Geometrías Comunes
| Pares Totales | Geometría | Ángulo Enlace | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| 2 | Lineal | 180° | CO₂, BeCl₂ |
| 3 (0 solitarios) | Trigonal planar | 120° | BF₃, SO₃ |
| 3 (1 solitario) | Angular | 119° | NO₂⁻ |
| 4 (0 solitarios) | Tetraédrico | 109.5° | CH₄, CCl₄ |
| 4 (1 solitario) | Piramidal | 107° | NH₃, PH₃ |
| 4 (2 solitarios) | Angular | 104.5° | H₂O |
| 5 (0 solitarios) | Trigonal bipiramidal | 90°, 120°, 180° | PCl₅ |
| 6 (0 solitarios) | Octaédrico | 90° | SF₆ |
🎓 Efecto de Pares Solitarios
Los pares solitarios ocupan más espacio que los enlazantes, repeliendo más fuertemente:
Orden de repulsión: Par solitario-Par solitario > Par solitario-Enlazante > Enlazante-Enlazante
⛓️ Cadenas de Carbono y Alcanos
Tetravalencia del Carbono
El carbono tiene 4 electrones de valencia y forma 4 enlaces covalentes. Puede enlazarse con otros carbonos formando cadenas.
- Lineal o Abierta: C-C-C-C sin ramificaciones (n-butano)
- Ramificada: Con ramas laterales (isobutano)
- Cíclica o Cerrada: Los carbonos forman un anillo (ciclopropano)
- Aromática: Anillo con resonancia (benceno)
📖 Alcanos (CₙH₂ₙ₊₂)
Hidrocarburos saturados con solo enlaces C-C y C-H simples (sigma).
| Nombre | Fórmula | Estructura | Puntos de Fusión |
|---|---|---|---|
| Metano | CH₄ | CH₄ | -182°C |
| Etano | C₂H₆ | CH₃-CH₃ | -183°C |
| Propano | C₃H₈ | CH₃-CH₂-CH₃ | -187°C |
| Butano | C₄H₁₀ | CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ | -138°C |
Alquenos (CₙH₂ₙ)
Hidrocarburos con al menos un enlace C=C (doble). El doble enlace consiste en un enlace σ y uno π.
Propileno: CH₃-CH=CH₂
Alquinos (CₙH₂ₙ₋₂)
Hidrocarburos con al menos un enlace C≡C (triple).
Propino: CH₃-C≡CH
🎓 Sustituyentes Comunes
- -OH: Grupo hidroxilo (alcoholes)
- -COOH: Grupo carboxilo (ácidos carboxílicos)
- -NH₂: Grupo amino (aminas)
- -Cl, -Br, -I: Halógenos
🔄 Isomería
Definición
Los isómeros son compuestos con la misma fórmula molecular pero diferente estructura tridimensional o arranjo de átomos. Tienen propiedades químicas y físicas distintas.
📖 Isomería Estructural
Difieren en el orden de enlace o conectividad atómica:
- Isomería de Cadena: Diferencia en el arreglo de la cadena carbonada
- n-Butano: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃
- Isobutano: CH₃-CH(CH₃)-CH₃
- Isomería de Posición: Diferencia en la posición del sustituyente o doble enlace
- 1-Buteno: CH₂=CH-CH₂-CH₃
- 2-Buteno: CH₃-CH=CH-CH₃
- Isomería Funcional: Diferencia en el grupo funcional
- Etanol: CH₃-CH₂-OH (alcohol)
- Metoximetano: CH₃-O-CH₃ (éter)
Isomería Geométrica (cis-trans)
En moléculas con doble enlace C=C, la rotación está impedida, permitiendo dos orientaciones diferentes:
• cis: H y CH₃ en el mismo lado
• trans: H y CH₃ en lados opuestos
- cis (Z): Grupos iguales en el mismo lado del doble enlace
- trans (E): Grupos iguales en lados opuestos
🎓 Isomería Óptica
Ocurre cuando una molécula tiene un carbono asimétrico (4 grupos diferentes unidos).
H₂N-CH(CH₃)-COOH
Carbono central: enlazado a 4 grupos diferentes
- Enantiómeros: Imágenes especulares no superponibles (D/L)
- Diastereómeros: Estereoisómeros NO especulares
- Actividad Óptica: Capacidad de desviar el plano de luz polarizada
Importancia Biológica
Los organismos vivos suelen usar solo una forma enantiómera:
- L-aminoácidos: En proteínas
- D-glucosa: Azúcar en sangre
- Fármacos: Frecuentemente solo un enantiómero es activo
🎯 Hibridación de Orbitales
Concepto de Hibridación
La hibridación es la mezcla de orbitales atómicos (s, p, d) para formar nuevos orbitales híbridos con igual energía y geometría específica. Explica la geometría y ángulos de enlace observados.
- sp: 1 orbital s + 1 orbital p → 2 orbitales híbridos (lineal, 180°)
- sp²: 1 orbital s + 2 orbitales p → 3 orbitales híbridos (trigonal planar, 120°)
- sp³: 1 orbital s + 3 orbitales p → 4 orbitales híbridos (tetraédrico, 109.5°)
- sp³d: 1 orbital s + 3 orbitales p + 1 orbital d → 5 orbitales (trigonal bipiramidal)
- sp³d²: 1 orbital s + 3 orbitales p + 2 orbitales d → 6 orbitales (octaédrico)
📖 Ejemplos Comunes
| Hibridación | Compuesto | Geometría | Ángulo |
|---|---|---|---|
| sp | CO₂, C₂H₂ | Lineal | 180° |
| sp² | BF₃, C₂H₄, SO₃ | Trigonal planar | 120° |
| sp³ | CH₄, NH₃, H₂O, CCl₄ | Tetraédrico | 109.5° |
| sp³d | PCl₅ | Trigonal bipiramidal | 90°, 120° |
| sp³d² | SF₆ | Octaédrico | 90° |
Enlace σ y π
- Enlace σ: Solapamiento frontal de orbitales, máximo solapamiento (robusto)
- Enlace π: Solapamiento lateral de orbitales p, menor solapamiento (más débil)
C≡C: 1 enlace σ (sp) + 2 enlaces π (p puros)
Enlace sencillo: Solo σ
🎓 Correlación con Geometría
La hibridación predice correctamente los ángulos de enlace observados experimentalmente, superior a la teoría VSEPR simple.