RESONANCIA
. Una extension interesante de la estructura de Lewis, llamada resonancia, se encuentra por ejemplo en los iones nitrato, NO3-. Cada N tiene originalmente cinco electrones de valencia, cada O tiene seis, y uno mas por la carga negativa, suman un total de 24 (5 + (3 × 6) + 1) electrones para cuatro atomos. Esto proporciona un promedio de seis electrones por atomo, por tanto, si se aplica la regla del octeto de Lewis, debe producirse un enlace covalente. Se sabe que el atomo de nitrogeno ocupa una posicion ce
ntral rodeado por los tres atomos de oxigeno, lo que proporcionaria una estructura de Lewis aceptable, excepto porque existen tres estructuras posibles. En realidad, solo se observa una estructura. Cada estructura de resonancia de Lewis sugiere que debe haber dos enlaces simples y uno doble. Sin embargo, los experimentos han demostrado que los enlaces son identicos en todos los sentidos, con propiedades intermedias entre las observadas para los enlaces simples y los dobles en otros compuestos. La teoria moderna sugiere que una estructura de electrones compartidos localizados, tipo Lewis, proporcionaria la forma y simetria general de la molecula mas un grupo de electrones deslocalizados (representados por puntos) que son compartidos por toda la molecula.
Teoria de enlace de valencia.
La teoria de enlace de valencia es una teoria aproximada para explicar el enlace por par de electrones o covalente con la mecanica cuantica.
Teoria basica.
De acuerdo con la teoria sobre enlace valencia, se forma un enlace entre dos atomos cuando se satisfacen las condiciones siguientes:
· Un orbital de en un atomo viene a ocupar una porcion de la misma region del espacio que ocupa un orbital del otro atomo. Se dice que los dos orbitales se traslapan. Esto se explica ya que a medida que el orbital de un atomo se traslapa con el otro, los electrones en orbitales comienzan a moverse alrededor de ambos atomos. Debido a que los electrones a ambos nucleos a la vez, jalan juntos a los atomos. La fuerza del enlace depende de la cantidad de traslape; mientras mayor sea la sobreposicion mayor sera la fuerza de la union.
· El numero total de electrones en ambos orbitales no es mayor a dos. Lo dos orbitales no pueden contener mas de dos electrones, porque en una region dada del espacio solo pueden estar dos electrones (esto ocurre siempre y cuando si los espines de los electrones son opuestos).
A medida que el orbital de un atomo se traslapa con el orbital de otro, los electrones en los orbitales empiezan a moverse alrededor de ambos atomos. Debido a que los electrones son atraidos a ambos nucleos a la vez, jalan juntos a los atomos. La fuerza del enlace depende de la cantidad de traslape; mientras mayor sea la sobreposicion mayor sera la fuerza de la union. Los dos orbitales no pueden contener mas de dos electrones, porque en una region dada del espacio solo pueden estar dos electrones (y eso solamente si los espines de los electrones son opuestos).
Importancia del enlace quimico.
El enlace es la union entre los atomos de un compuesto. La union o enlace entre los atomos tiene su origen en la estructura electronica de los mismos. La actividad quimica de los elementos radica en su tendencia a adquirir, mediante su union con otros atomos, la configuracion de gas noble (ocho electrones en la capa mas externa, salvo el helio que solo tiene dos), que es muy estable. Es corriente distinguir tres tipos principales de enlaces quimicos: ionico, covalente y metalico. Aunque dichos enlaces tienen propiedades bien definidas, la clasificacion no es rigurosa, existiendo una transicion gradual de uno a otro, lo que permite considerar tipos de enlace intermedios. Gracias a estos enlaces se forman los compuestos quimicos, por ejemplo la sal.
La sal comun es una sustancia bien conocida. Es utilizada para conservar y aderezar alimentos. Nuestra sangre posee casi la misma proporcion de sal que el agua del mar, y es fundamental para mantener muchas de nuestras funciones vitales. Esta formada por un no metal, el cloro y un metal alcalino, el sodio. Ambos en estado puro son extremadamente peligrosos para el hombre, sin embargo, forman juntas una sustancia, la sal comun, que es inocua en pequenas cantidades. Se dice por tanto que han formado un compuesto quimico, una sustancia muy diferente de los elementos que la componen.
Muchas de las sustancias que conocemos estan formadas por uniones de distintos elementos. El azucar, por ejemplo, esta formado por oxigeno, hidrogeno y carbono. Estos atomos que pierden o ganan electrones para unirse se transforman en iones, atomos con carga electrica. Estos iones se unen para formar compuestos quimicos, y la forma de unirse entre ellos se realiza mediante enlaces quimicos.
FORMAS DE LAS MOLECULAS
La polaridad electrica de las moleculas
El hecho de que en una molecula los atomos enlazados no sean iguales, hace que el grado de comparacion electronica no sea el mismo para ambos. Cada elemento no metalico presenta una tendencia diferente a captar electrones (electronegatividad). En una union covalente el atomo mas electronegativo atraera con mayor intensidad al par o pares de enlace y esa nube electronica compartida se desplazara hacia dicho atomo alejandose del otro. Por tal motivo la distribucion de carga en la molecula resulta asimetrica y esta se convierte en un pequeno dipolo electrico con una region negativa y otra positiva. Esta circunstancia se hace tanto mas patente cuanto mayor es la diferencia entre la electronegatividad de los atomos enlazados. Se dice entonces que el enlace covalente es polar, lo cual significa que se aproxima, en cierta medida, a un enlace de tipo ionico. Entre un enlace covalente puro (no polar) y un enlace ionico puro existen, pues, formas intermedias en las que el enlace real participa de las caracteristicas de ambos tipos extremos e ideales de enlace quimico.
Las moleculas polares se comportan de una forma parecida a como lo hacen los iones. La molecula de agua es un caso tipico de molecula polar en la cual el caracter electronegativo del atomo de oxigeno respecto del hidrogeno hace que los dos pares de electrones de enlace esten desplazados hacia su nucleo. De una forma aproximada se puede decir que la mayor carga positiva del nucleo de oxigeno (Z = 8) respecto del de hidrogeno (Z = 1) atrae hacia si los pares de electrones compartidos en el enlace, de modo que estos se hallan moderadamente desplazados hacia el oxigeno. Esta asimetria en la distribucion de las cargas en cada uno de los enlaces H - 0, confiere a estos una cierta polaridad electrica. Es decir, el atomo de oxigeno se encuentra sobrecargado negativamente en tanto que los dos atomos de hidrogeno aparecen cargados positivamente, aun cuando la molecula en su conjunto sea electricamente neutra. A causa del caracter polar del enlace oxigeno-hidrogeno, la molecula de agua se convierte en un dipolo electrico.
El fenomeno de la hidratacion
El caracter dipolar de la molecula de agua es el responsable de diferentes propiedades fisicoquimicas de esta sustancia y, en particular, de su poder como disolvente de compuestos ionicos. Cuando un cristal ionico de cloruro de sodio (NaCl) se sumerge en agua las moleculas de esta, al ser moviles, son atraidas por los centros electricos fijos del cristal, orientando sus polos positivos hacia los iones negativos de la red y viceversa. Estas fuerzas atractivas ion-dipolo debilitan los enlaces entre los iones de la red cristalina, con lo que su estructura comienza a desmoronarse y al cabo de un cierto tiempo sobreviene la disolucion total del cristal.
Cada ion en libertad es rodeado completamente por moleculas de agua orientadas de forma diferente segun sea la polaridad de aquel. Se dice entonces que el ion esta hidratado y el proceso de formacion de esta capa de moleculas de agua en torno suyo se denomina hidratacion. Cuando este fenomeno implica la intervencion de moleculas polares diferentes del agua recibe el nombre generico de solvatacion.
LLA POLARIDAD DE LAS MOLECULAS Y EL MOMENTO DIPOLAR
No solo la electronegatividad desempena un papel importante en el caracter polar o no polar de una molecula, sino tambien su geometria. En el caso del agua, los dos dipolos correspondientes a sus enlaces dan una suma no nula. El efecto de la polarizacion de un enlace puede representarse en terminos de fuerzas. Componiendo vectorialmente ambas acciones dipolares resulta un efecto conjunto no nulo responsable de los fenomenos de hidratacion anteriormente descritos.
Sin embargo, es posible que una molecula posea enlaces muy polarizados, pero que en conjunto se comporte como apolar. Tal es el caso del trifluoruro de boro (BF3). Su geometria es plana, estando los atomos de fluor situados en los vertices de un triangulo equilatero y el atomo de boro en su centro geometrico. La composicion vectorial de los tres dipolos individuales da un efecto global nulo. La magnitud fisica que da idea de la polaridad de la molecula en su conjunto recibe el nombre de momento dipolar
NOMENCLATURA EN QUIMICA INORGANICA
Se escribe siempre en primer lugar el simbolo del elemento o radical menos electronegativo (menor capacidad de atraer electrones) y a continuacion el del elemento o radical mas electronegativo (mayor capacidad de atraer electrones). Se nombran en orden inverso.
Se intercambian las valencias de los elementos o los radicales, colocandolas en forma de subindices. Estos subindices se simplifican, si se puede, teniendo en cuenta que deben ser numeros enteros y que el 1 no se escribe.
La Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada (IUPAC) recomienda el uso de la nomenclatura sistematica, la mas extendida, y la de Stock o funcional, utilizada sobre todo para nombrar oxidos, hidruros y hidroxidos.
En la nomenclatura sistematica de los oxidos la palabra generica ‘oxido’ va precedida de los prefijos griegos mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- o hepta-, segun el numero de oxigenos que existan; a continuacion se indica, de la misma forma, la proporcion del segundo elemento. Por ejemplo, N2O5, pentaoxido de dinitrogeno. En algunas ocasiones se puede prescindir del prefijo mono- (CaO, oxido de calcio). En la nomenclatura de Stock no se utilizan prefijos. Los oxidos se nombran con la palabra ‘oxido’ seguida del nombre del otro elemento y su valencia entre parentesis; siguiendo con el ejemplo: N2O5, oxido de nitrogeno (V). Si el elemento que se combina con el oxigeno tiene valencia unica, no es necesario indicarla; asi, Li2O es oxido de litio.
En los hidruros metalicos el hidrogeno actua con valencia -1 y se nombran con la palabra generica ‘hidruro’ seguida del nombre del metal. El numero de atomos de hidrogeno se indica mediante prefijos numerales; por ejemplo, AuH3, trihidruro de oro. En la nomenclatura funcional se nombran con la palabra ‘hidruro’ seguida del nombre del metal y su valencia correspondiente, salvo que la valencia sea unica (AuH3, hidruro de oro (III)).
En los hidruros no metalicos el hidrogeno actua con valencia +1 y los no metales con sus respectivas valencias negativas; se nombran anadiendo el sufijo -uro al no metal. Por ejemplo, HCl, cloruro de hidrogeno.
Los hidroxidos se nombran con la palabra ‘hidroxido’ seguida del nombre del metal, indicando con prefijos numerales sus proporciones; por ejemplo, Mg(OH)2, dihidroxido de magnesio. En la nomenclatura de Stock no se utilizan los prefijos: al nombre del metal se le anade su valencia, aunque esta se omite cuando es unica; por ejemplo, Mg(OH)2, hidroxido de magnesio.
En la nomenclatura sistematica, los acidos oxoacidos se nombran como compuestos binarios en los que el constituyente negativo (anion) es poliatomico; se utiliza el sufijo -ato para el anion y se especifica la valencia del elemento central mediante numeros romanos entre parentesis, seguida de la palabra ‘hidrogeno’; por ejemplo, HClO, oxoclorato (I) de hidrogeno. Para estos acidos, la IUPAC admite la nomenclatura tradicional (HClO, acido hipocloroso).
FORMULAS QUIMICAS
La mayoria de las sustancias son compuestos formados por combinaciones de atomos. La formula del agua, H2O, indica que por cada dos atomos de hidrogeno esta presente un atomo de oxigeno. La formula muestra asi mismo que el agua es electricamente neutra, e indica tambien que (debido a que las masas atomicas son H = 1,01, O = 16,00) 2,02 unidades de masa de hidrogeno se combinan con 16,00 unidades de masa de oxigeno para producir 18,02 unidades de masa de agua. Puesto que las masas relativas permanecen constantes, las unidades de masa pueden ser expresadas en toneladas, kilogramos, libras o cualquier otra unidad siempre que la masa de todas las sustancias sea expresada en las mismas unidades.
En forma similar, la formula del dioxido de carbono es CO2; la del octano, C8H18; la del oxigeno, O2 y la de la cera de velas (parafina) CH2. En cada caso, los subindices (dado por supuesto que significa 1 si no aparece ningun subindice) muestran el numero relativo de atomos de cada elemento en la sustancia. El CO2 tiene 1 C por cada 2 O, y el CH2 tiene 1 C por cada 2 H.
Pero, ¿por que escribir O2 y C8H18 en lugar de escribir simplemente O y C4H9, que indican las mismas relaciones atomicas y de masas? Los experimentos demuestran que el oxigeno atmosferico no consiste en atomos individuales (O), sino en moleculas formadas por parejas de atomos (O2); la relacion entre el carbono y el hidrogeno en las moleculas de octano es de C 8 y H 18 y no otra combinacion de atomos de carbono y de hidrogeno. Las formulas del oxigeno atmosferico y del octano son ejemplos de formulas moleculares. El agua esta formada por moleculas de H2O, y el dioxido de carbono por moleculas de CO2. Por eso el H2O y el CO2 son formulas moleculares. Sin embargo, la cera de las velas (CH2), por ejemplo, no esta formada por moleculas que contienen un atomo de carbono y dos atomos de hidrogeno, sino que en realidad consiste en cadenas muy largas de atomos de carbono, en las cuales la mayoria de estos estan unidos a dos atomos de hidrogeno ademas de estar unidos a los dos atomos de carbono vecinos en la cadena. Estas formulas, que expresan la composicion atomica relativa correcta, pero no la formula molecular, se llaman formulas empiricas.
Se puede decir que todas las formulas que son multiplos de proporciones mas simples, representan moleculas: las formulas H2O2 y C2H6 representan a los compuestos peroxido de hidrogeno y etano. Y a su vez puede decirse que las formulas que presentan relaciones atomicas simples son formulas empiricas, a menos que la evidencia muestre lo contrario. Por ejemplo, las formulas NaCl y Fe2O3 son empiricas; la primera representa al cloruro de sodio (sal comun) y la ultima al oxido de hierro (orin), pero en esos compuestos no estan presentes moleculas individuales de NaCl o Fe2O3. Vease Nomenclatura quimica.
Enlace quimico, fuerza entre los atomos que los mantiene unidos en las moleculas. Cuando dos o mas atomos se acercan lo suficiente, se puede producir una fuerza de atraccion entre los electrones de los atomos individuales y el nucleo de otro u otros atomos. Si esta fuerza es lo suficientemente grande para mantener unidos los atomos, se dice que se ha formado un enlace quimico.
CARACTER GENERAL DE LOS METALES Y NO METALES
METALES
La mayor parte de los elementos metalicos exhibe el lustre brillante que asociamos a los metales. Los metales conducen el calor y la electricidad, son maleables (se pueden golpear para formar laminas delgadas) y ductiles (se pueden estirar para formar alambres). Todos son solidos a temperatura ambiente con excepcion del mercurio (punto de fusion =-39 ºC), que es un liquido. Dos metales se funden ligeramente arriba de la temperatura ambiente: el cesio a 28.4 ºC y el galio a 29.8 ºC. En el otro extremo, muchos metales se funden a temperaturas muy altas. Por ejemplo, el cromo se funde a 1900 ºC.
Los metales tienden a tener energias de ionizacion bajas y por tanto se oxidan (pierden electrones) cuando sufren reacciones quimicas. Los metales comunes tienen una relativa facilidad de oxidacion. Muchos metales se oxidan con diversas sustancias comunes, incluidos 02 Y los acidos.
Se utilizan con fines estructurales, fabricacion de recipientes, conduccion del calor y la electricidad. Muchos de los iones metalicos cumplen funciones biologicas importantes: hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, cobre, manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, cromo, estano, vanadio, niquel,....
NO METALES
Los no metales varian mucho en su apariencia no son lustrosos y por lo general son malos conductores del calor y la electricidad. Sus puntos de fusion son mas bajos que los de los metales (aunque el diamante, una forma de carbono, se funde a 3570 ºC). Varios no metales existen en condiciones ordinarias como moleculas diatomicas. En esta lista estan incluidos cinco gases (H2, N2, 02, F2 y C12), un liquido (Br2) y un solido volatil (I2). El resto de los no metales son solidos que pueden ser duros como el diamante o blandos como el azufre. Al contrario de los metales, son muy fragiles y no pueden estirarse en hilos ni en laminas. Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente: son gases (como el oxigeno), liquidos (bromo) y solidos (como el carbono). No tienen brillo metalico y no reflejan la luz. Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos: carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrogeno, fosforo y azufre en cantidades importantes. Otros son oligoelementos: fluor, silicio, arsenico, yodo, cloro.
