Química · 3.º añoTaller de uniones

¿Por qué la sal aguanta la sartén y el azúcar no?

Poné un poco de cada una al fuego: el azúcar se derrite y se hace caramelo; la sal sigue ahí, como si nada. Disolvelas en agua y armá un circuito con una pila y una lamparita: con agua salada la lamparita prende; con agua azucarada, no. Y un cable de cobre la prende sin agua ni nada. Las tres cosas están hechas de átomos. Lo que cambia es cómo se agarran sus electrones: se los pasan, se los comparten o los ponen en común.

Ilustración en tinta rosa, azul y amarilla de una cocina: en una sartén sobre la hornalla, cubitos de sal enteros al lado de azúcar derretida hecha caramelo; un vaso de agua con dos cables que llevan a una lamparita encendida, y un rollo de alambre de cobre
La prueba de la cocina: en la sartén, la sal sigue entera y el azúcar ya es caramelo; el agua del vaso cierra el circuito de la lamparita.

Lo que se ve

SustanciaSarténConduce sólidoConduce en agua
Salno se fundenosí
Azúcarse fundenono
Cobreno se fundesíno se disuelve

Al final de la clase vas a poder explicar cada casillero.

  • Contar electrones de valencia y dibujar estructuras de Lewis
  • Predecir el tipo de enlace con la electronegatividad
  • Explicar las propiedades de una sustancia a partir de su enlace

Ocho en la última capa: por qué se unen los átomos

En «Configuración electrónica y tabla periódica» viste que los electrones se ordenan en niveles, y que los del nivel más externo se llaman electrones de valencia. Son los protagonistas de esta clase: cuando dos átomos se acercan, los que se tocan son los de afuera.

¿Y por qué se unen? Porque juntos quedan más estables, con menos energía que separados, como una pelota que rueda hasta el fondo de un pozo y ahí se queda. Para predecir cómo se van a unir sirve mirar a los gases nobles (neón, argón): tienen 8 electrones en su última capa y casi no se combinan con nada.

Regla del octeto

Muchos átomos ganan, pierden o comparten electrones hasta quedar con 8 en su última capa, como el gas noble más cercano.

Con sus límites: el hidrógeno se completa con 2, como el helio, y hay moléculas que no llegan a 8 o se pasan. Es una regla práctica, no una ley.

La notación de Lewis: un punto por electrón

En 1916, el químico Gilbert Lewis propuso dibujar el símbolo de cada elemento con un punto por cada electrón de valencia. Primero se pone uno en cada lado (arriba, abajo, izquierda, derecha) y, cuando los cuatro lados ya tienen uno, se empiezan a armar pares.

1122133144155166177188HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClAr
Para los grupos 1, 2 y 13 a 18, la cantidad de puntos sale del grupo: 1, 2 y, del 13 al 18, la cifra de las unidades (de 3 a 8). Si tu tabla usa números romanos (IA a VIIIA), el número romano ya es la cantidad. El helio, arriba a la derecha, tiene 2.

Error típico

Contar todos los electrones. El cloro tiene 17 electrones, pero solo 7 son de valencia. Los de las capas de adentro no participan de las uniones.

La cinchada: quién tira más fuerte de los electrones

Cuando dos átomos se unen, imaginá una cinchada: los electrones del enlace son la soga y cada átomo tira para su lado. La fuerza con la que tira cada uno se llama electronegatividad (EN): cuánto atrae un átomo a los electrones de un enlace.

La escala más usada es la de Linus Pauling. No tiene unidades y va de alrededor de 0,7 a 4. El campeón es el flúor, con 3,98.

121314151617H2,20Li0,98Be1,57B2,04C2,55N3,04O3,44F3,98Na0,93Mg1,31Al1,61Si1,90P2,19S2,58Cl3,16el F es el que más tiraaumenta hacia la derecha →aumenta hacia arriba
Electronegatividad de Pauling de los primeros elementos (los gases nobles casi no forman enlaces y en muchas tablas no tienen valor). Más color, más tira.

¿Por qué cambia así? Hacia la derecha, en un mismo período, el núcleo tiene más protones y los electrones de afuera siguen en el mismo nivel: los atrae más fuerte. Hacia abajo, en un grupo, hay más niveles y los electrones de afuera quedan más lejos del núcleo: los atrae menos. Por eso los metales, a la izquierda, tiran poco, y los no metales, a la derecha, tiran mucho.

En tu carpeta pueden aparecer valores redondeados de la tabla original de Pauling (H = 2,1; O = 3,5; Cl = 3,0). Usá los que te dé tu profe: las conclusiones no cambian.

La diferencia decide el resultado

Restá las dos electronegatividades, siempre la mayor menos la menor. Esa diferencia (ΔEN) dice cómo termina la cinchada:

  • 0 a 0,4 Empate o casi: covalente no polar. El par queda en el medio.
  • 0,4 a 1,7 Gana uno, pero comparten: covalente polar.
  • más de 1,7 Uno se lleva el electrón: iónico.
00,41,73,2no polarpolariónicoC–HH–ClO–HH–F (!)Na–ClNa–F
La regla de la ΔEN con algunos enlaces: C–H 0,35; H–Cl 0,96; O–H 1,24; H–F 1,78; Na–Cl 2,23; Na–F 3,05. El H–F va en rosa porque rompe la regla.

Es una guía, no una ley

El H–F tiene ΔEN = 1,78 y, sin embargo, es una molécula covalente: H y F son no metales y comparten el par. Y dos átomos de un metal tienen ΔEN = 0, pero no forman un enlace covalente sino uno metálico. Una pista que casi siempre funciona: metal + no metal → iónico; no metal + no metal → covalente; metal + metal → metálico.

Ejemplo resuelto

¿Qué enlace hay entre el O y el H del agua?

  1. Busco los valores: O = 3,44 y H = 2,20.
  2. Resto el mayor menos el menor: 3,44 − 2,20 = 1,24.
  3. Ubico el resultado: 1,24 está entre 0,4 y 1,7, así que el enlace es covalente polar. Además, O y H son no metales: coincide.
  4. ¿Hacia dónde se corre el par? Hacia el que tira más, el O. El O queda con una carga parcial negativa (δ−) y cada H con una positiva (δ+). La δ (delta) avisa que es «un poco» de carga, no una carga entera como en un ion.

Taller de uniones: elegí dos átomos y mirá qué pasa

Elegí un átomo de cada lado. El taller te muestra la cinchada por los electrones, qué tipo de enlace se forma, la estructura de Lewis paso a paso y cómo es la sustancia que resulta. Los átomos apagados no forman con el otro un compuesto sencillo.

Probá estas cuatro:

Átomo 1: H

Átomo 2: Cl

HCl

cloruro de hidrógeno

ΔEN = 3,16 − 2,20 = 0,96

Armalo paso a paso

electrones del átomo 1 del átomo 2 compartidos. Los colores son solo para seguirlos: todos los electrones son iguales.

Ver todas las parejas del taller en una tabla
Las 20 uniones del taller
ParejaΔENEnlaceSustancia
H + H0,00covalente no polarH2
H + C0,35covalente (casi no polar)CH4
H + N0,84covalente polarNH3
H + O1,24covalente polarH2O
H + F1,78covalente polar (excepción a la regla)HF
H + Cl0,96covalente polarHCl
C + O0,89covalente polar (molécula no polar)CO2
C + Cl0,61covalente polar (molécula no polar)CCl4
N + N0,00covalente no polar (triple)N2
O + O0,00covalente no polar (doble)O2
F + F0,00covalente no polarF2
Cl + Cl0,00covalente no polarCl2
Na + Cl2,23iónicoNaCl
Na + F3,05iónicoNaF
Na + O2,51iónicoNa2O
Mg + O2,13iónicoMgO
Mg + Cl1,85iónicoMgCl2
Mg + F2,67iónicoMgF2
Na + Na0,00metálicoNa
Mg + Mg0,00metálicoMg

Pasar electrones: el enlace iónico

Cuando un metal, que tira poco, se encuentra con un no metal, que tira mucho, la cinchada es tan despareja que el no metal se queda con el electrón. El metal queda como catión (con carga +) y el no metal como anión (con carga −). Cargas opuestas se atraen con fuerza: esa atracción es el enlace iónico.

Ejemplo resuelto

La sal de mesa, NaCl, paso a paso

NaCl
1. El Na tiene 1 electrón de valencia; al Cl, con 7, le falta 1.
NaCl
2. ΔEN = 3,16 − 0,93 = 2,23: el electrón pasa al Cl.
Na+Cl−
3. Quedan Na⁺ y Cl⁻, que se atraen.

¿Por qué el sodio pierde y no gana? Al Na le cuesta mucho menos perder 1 electrón que conseguir 7. Y al perderlo queda a la vista su capa de abajo, que ya tiene 8. Al cloro, con un electrón más, le pasa lo mismo: completa 8.

¿Y la fórmula? Sale de equilibrar las cargas. El Mg pierde 2 electrones (Mg²⁺) y cada Cl gana solo 1 (Cl⁻): hacen falta dos Cl⁻ para un Mg²⁺. Por eso el cloruro de magnesio es MgCl2: (+2) + 2 × (−1) = 0. En el MgO, en cambio, el O gana los 2 electrones del Mg y alcanza con uno de cada uno.

La sal no es una molécula

Na⁺Cl⁻
Esquema de un pedacito de la red del cloruro de sodio. Cada Na⁺ está rodeado por 6 Cl⁻, y cada Cl⁻ por 6 Na⁺.

Los iones no se juntan de a dos: se acomodan en una red cristalina, alternados en las tres direcciones, y cada uno atrae a todos sus vecinos. Un solo granito de sal fina tiene alrededor de un trillón de iones (un 1 seguido de 18 ceros) formando una sola red. Por eso los cristales de sal son cubitos: es la forma de su red, agrandada.

Errores típicos

«En el enlace iónico se comparten electrones». No: se transfieren. Un átomo los pierde y el otro los gana. Lo que mantiene unidos a los iones después es la atracción entre cargas opuestas.

«El NaCl es una molécula». No hay moléculas de sal: hay una red gigante de iones. La fórmula cuenta proporciones.

Compartir electrones: el enlace covalente

Entre dos no metales, los dos tiran fuerte y nadie gana por goleada. La salida es compartir: cada átomo pone un electrón y forman un par compartido, que es de los dos a la vez y cuenta para el octeto de ambos. Así se forman las moléculas: grupos de átomos unidos que andan juntos.

Simple, doble o triple

HH
H2: 1 par, enlace simple. Cada H cuenta 2.
OO
O2: 2 pares, enlace doble. Cada O cuenta 8.
NN
N2: 3 pares, enlace triple. Cada N cuenta 8.

Cada raya es un par compartido (2 electrones). Los pares que no se comparten se llaman pares libres y también se dibujan. Cuantos más pares comparten dos átomos, más corto y más fuerte es el enlace: romper el triple del N2 cuesta más del doble de energía que romper el H–H. Por eso el nitrógeno, que es el 78 % del aire, casi no reacciona.

Ejemplo resuelto

El Lewis del CO2, con cada decisión

  1. Cuento los electrones de valencia: C aporta 4 y cada O aporta 6. Total: 4 + 6 + 6 = 16, o sea, 8 pares.
  2. Elijo el átomo central: el C, porque es el que necesita más enlaces (le faltan 4) y el menos electronegativo de los dos. El H nunca va en el centro: forma un solo enlace.
  3. Primer intento: uno con enlaces simples (2 pares) y completo los O con pares libres (3 cada uno). Ya usé los 8 pares… pero el C cuenta solo 4 electrones.
  4. Corrijo: si al central le faltan, convierto pares libres de los O en pares compartidos. Con un par más de cada lado queda O=C=O.
  5. Controlo: el C cuenta 8 y cada O cuenta 8, con los mismos 16 electrones.
OCO
Intento: los O completos, pero el C con solo 4.
OCO
Final: dos dobles. Todos con 8.

Enlace polar, enlace no polar… y molécula polar

Si los dos átomos son iguales (H–H, O=O), el par se comparte parejo: enlace no polar. Si son distintos, el par se corre hacia el más electronegativo: enlace polar, con δ− en un extremo y δ+ en el otro.

Pero ojo: que una molécula tenga enlaces polares no quiere decir que la molécula entera sea polar. También importa su forma, porque los tirones se pueden sumar o cancelar.

OCOδ−δ+δ−tirones opuestosse cancelanCO₂ lineal: no polarOHHδ−δ+δ+se sumanH₂O angular: polar
El CO2 es lineal: sus dos tirones son iguales y opuestos, y se cancelan. El agua es angular: sus tirones se suman hacia el O.

Lo mismo pasa con el CH4 y el CCl4: tienen forma de tetraedro, cuatro tirones iguales que apuntan a las cuatro puntas y se cancelan. Molécula no polar.

Error típico

Confundir enlace polar con molécula polar. El enlace habla de dos átomos; la molécula, de todos sus tirones juntos. El CO2 tiene enlaces polares y es una molécula no polar.

Para curiosos: el enlace dativo

NHHHH+el N poneel parNHHHH+NH₃H⁺NH₄⁺ (amonio)
El nitrógeno del amoníaco pone su par libre y el H⁺, que no tiene electrones, lo acepta: se forma el ion amonio.

A veces el par compartido lo pone un solo átomo. Se llama enlace covalente dativo (o coordinado) y en muchos libros se dibuja con una flecha que sale del átomo que aporta el par. Una vez formado, es igual a los otros: en el NH4+ los cuatro enlaces N–H son idénticos.

Cuando el octeto no alcanza

Error típico

«Todas las moléculas cumplen el octeto». La mayoría de las que vas a ver en la escuela sí, y por eso la regla sirve para predecir. Pero hay excepciones:

  • H2: el hidrógeno se completa con 2, no con 8.
  • BF3: el boro queda con 6 electrones alrededor y la molécula existe igual.
  • NO2: suma 5 + 6 + 6 = 17 electrones de valencia. Con un número impar, es imposible que todos queden apareados.
  • SF6: el azufre forma 6 enlaces y queda con 12 electrones alrededor.

El mar de electrones y la prueba de la lamparita

¿Y cuando se juntan átomos de un metal? Todos tiran poco, así que nadie se queda con los electrones de nadie. Cada átomo suelta sus electrones de valencia y queda como catión; esos electrones forman un mar que se mueve libre entre todos los cationes y los mantiene unidos. Eso es el enlace metálico.

+++++++++++++++
Esquema del cobre: cationes ordenados (rosa) en un mar de electrones (violeta) que se mueven entre todos.

El mar explica casi todo lo de los metales. Conducen la corriente y el calor porque sus electrones se pueden mover. Brillan, porque esos electrones reflejan la luz. Y son maleables: se pueden aplastar en láminas (el papel de aluminio) o estirar en hilos (los cables), porque si una capa de cationes se corre, el mar la sigue sosteniendo. En un cristal iónico, en cambio, un golpe enfrenta cargas iguales y el cristal se parte.

metal++++++++se corresigue unido:se deformacristal iónico++−−++−−se correiguales enfrentadas:se repelen y se parte
Qué pasa al golpear: el metal se deforma; el cristal iónico se quiebra.

Error típico

«Los metales conducen gracias a sus iones». En un cable, los cationes se quedan en su lugar (solo vibran). Los que viajan son los electrones. Donde sí viajan iones es en la sal fundida o disuelta.

De los electrones a lo que ves

Ahora sí: el tipo de enlace dice cómo se comporta una sustancia.

Propiedades típicas según el enlace (hay excepciones)

Iónico

Partículas
iones en una red
Punto de fusión
alto (la sal: 801 °C)
¿Conduce?
sólido: no · fundido: sí · disuelto: sí
En agua
muchos se disuelven

Covalente (moléculas)

Partículas
moléculas
Punto de fusión
bajo (el agua: 0 °C)
¿Conduce?
sólido: no · líquido: no · disuelto: en general, no
En agua
las polares sí; las no polares, no

Metálico

Partículas
cationes y mar de electrones
Punto de fusión
muy variado (mercurio: −39 °C; hierro: 1538 °C)
¿Conduce?
sólido: sí · fundido: sí
En agua
no se disuelven

¿Por qué se disuelven algunas cosas en agua? El agua es una molécula polar: sus extremos δ− y δ+ rodean a los iones y a otras moléculas polares (como el azúcar o el alcohol) y los separan. Con las no polares, como el aceite o la nafta, no puede: por eso no se mezclan. Se resume así: lo parecido disuelve a lo parecido.

Una excepción que conviene conocer: el diamante y la arena (cuarzo) son covalentes, pero no están hechos de moléculas sueltas: todos sus átomos forman una única red gigante. Por eso son durísimos y aguantan temperaturas altísimas.

Probador de conductividad

Elegí una sustancia y cómo está. ¿Prende la lamparita?

La regla: para que haya corriente tiene que haber partículas con carga que se puedan mover: electrones en los metales, iones en la sal fundida o disuelta.

Volvamos a la cocina

La sal es iónica: para fundirla hay que desarmar una red de iones que se atraen con fuerza, y eso recién pasa a 801 °C. Sólida, sus iones están fijos; disuelta, el agua los separa y pueden llevar la corriente.

El azúcar está hecho de moléculas covalentes. Las moléculas se atraen poco entre sí, por eso se separan con menos calor: se funde a unos 186 °C (y enseguida se hace caramelo). Como no tienen carga, ni fundido ni disuelto conduce.

El cobre es metálico: su mar de electrones lleva la corriente sin necesidad de agua, y su red funde recién a 1085 °C.

Desafíos y cierre

Elegí una respuesta: si no es, te damos una pista sobre ESE error. Podés probar las veces que quieras.

1 · Elegí

El oxígeno está en el grupo 16. ¿Cuántos electrones de valencia tiene?

2 · Elegí

¿Con cuántos electrones alrededor queda completo el hidrógeno en una molécula?

3 · Calculá

EN(H) = 2,20 y EN(Cl) = 3,16. ¿Cuánto vale la ΔEN del enlace H–Cl?

4 · Clasificá

¿Qué tipo de enlace hay en cada caso?

H–Cl (ΔEN 0,96)

Cl–Cl (ΔEN 0)

Na–F (ΔEN 3,05)

Cu–Cu (un cable de cobre)

5 · Elegí

¿Qué pasa con los electrones cuando se forma el MgO?

6 · ¿Verdadero o falso?

«Un granito de sal está hecho de moléculas de NaCl.»

7 · Calculá

En el N₂ (N≡N), ¿cuántos electrones comparten en total los dos átomos?

8 · Explicá

El enlace C=O es polar. ¿Por qué el CO₂ es una molécula NO polar?

9 · Elegí

Un cable de cobre conduce la corriente porque…

10 · Problema

Una sustancia blanca funde a 714 °C. Sólida no conduce, pero disuelta en agua sí. ¿Qué enlace tiene?

11 · Desafío

Armá el Lewis del HCN: el H aporta 1, el C 4 y el N 5 (10 en total), con el C en el medio. ¿Qué enlace queda entre el C y el N para que todos completen?

Para llevarte

Pasar

Iónico

Metal + no metal (ΔEN mayor que ~1,7). Uno pierde electrones y el otro los gana.

Partículas: iones en una red.

Ej.: NaCl, MgO, MgCl2.

Funden alto; conducen fundidos o disueltos.

Compartir

Covalente

No metal + no metal. Pares compartidos: simples, dobles o triples; polares o no.

Partículas: moléculas.

Ej.: H2O, CO2, N2, NH3, CH4.

Funden bajo; no conducen.

Poner en común

Metálico

Metal + metal. Los electrones de valencia quedan para todos.

Partículas: cationes y mar de electrones.

Ej.: Cu, Fe, Na.

Conducen sólidos y fundidos; brillan; se deforman sin romperse.

Para responder sin mirar

¿Por qué el hidrógeno forma un solo enlace?

Tiene 1 electrón y se completa con 2, como el helio: con un par compartido ya está.

¿Qué diferencia hay entre el enlace iónico y el covalente?

En el iónico un átomo le pasa electrones al otro y los iones se atraen; en el covalente los átomos comparten pares.

¿Por qué la sal sólida no conduce y disuelta sí?

Sólida, sus iones están fijos en la red; disuelta, el agua los separa y se pueden mover.

¿Cómo puede ser no polar una molécula con enlaces polares?

Si es simétrica, como el CO2 o el CCl4, sus tirones se cancelan.

¿Qué se mueve en un cable cuando pasa la corriente?

Los electrones del mar; los cationes se quedan en su lugar.

Respuestas de los desafíos
  1. 6 (grupo 16).
  2. 2, como el helio.
  3. 0,96.
  4. H–Cl: covalente polar. Cl–Cl: covalente no polar. Na–F: iónico. Cu–Cu: metálico.
  5. El Mg le pasa 2 electrones al O: quedan Mg²⁺ y O²⁻, que se atraen.
  6. Falso: es una red de iones; NaCl indica la proporción 1 a 1.
  7. 6 (3 pares).
  8. Porque es lineal y sus dos tirones se cancelan.
  9. Sus electrones de valencia se mueven libres entre los cationes.
  10. Iónico (es el MgCl₂).
  11. Triple: H–C≡N.

Para seguir: en «Nomenclatura inorgánica» (4.º año) vas a usar estos iones para nombrar compuestos, y en «Balanceo de ecuaciones» (4.º año) vas a ver qué pasa cuando los enlaces se rompen y se vuelven a armar.