Tema 1.4 · Estructura de la materia y enlace · Química
Este tema casi nunca pide calcular: pide justificar. Por qué esta sustancia funde más alto que aquella, por qué esta se disuelve en agua y la otra no, por qué esta molécula es polar teniendo enlaces polares. Y todas esas respuestas salen de la misma cadena de razonamiento: qué tipo de enlace hay dentro, qué forma tiene la molécula y qué fuerzas actúan entre unas moléculas y otras. Aquí está esa cadena entera, en orden, porque el fallo de la mayoría no es no saberse la teoría sino aplicarla en el escalón equivocado.
Enlace covalente, iónico y metálico. Lo importante no es la definición: es qué propiedad justifica cada uno.
Se da entre no metales y consiste en compartir pares de electrones, uno en el enlace simple, dos en el doble y tres en el triple. Si los dos átomos tienen electronegatividad distinta, el par compartido se desplaza hacia el más electronegativo y el enlace es polar. Si son iguales o casi, es apolar. De aquí salen moléculas sueltas, y por eso muchas sustancias covalentes son gases o líquidos a temperatura ambiente.
El átomo más electronegativo se queda con los electrones del metal y quedan un catión y un anión atrayéndose. No forman moléculas sueltas sino una red cristalina entera, y esa es la razón de sus propiedades: funden a temperatura muy alta, son duros y frágiles, y conducen la electricidad solo cuando están fundidos o disueltos, nunca en estado sólido.
Los átomos del metal sueltan sus electrones de valencia a una nube común y quedan como cationes inmersos en ella. Los electrones se mueven libremente por todo el cristal, y de ahí salen de golpe las cuatro propiedades típicas: conducen la electricidad y el calor, se estiran en hilos, se aplastan en láminas y tienen brillo.
Primero se mira qué elementos hay: metal con no metal apunta a iónico, dos no metales a covalente, dos metales a metálico. Después se afina con la diferencia de electronegatividad, que se suele tomar en torno a 1,7 como orientación. No es una frontera exacta y no conviene defenderla como si lo fuera: el carácter iónico va aumentando poco a poco a medida que crece esa diferencia.
Se cuentan los grupos que rodean al átomo central y cuántos de ellos son pares solitarios. Con esas dos cifras quedan decididas la geometría y la hibridación.
| Grupos en el átomo central | Geometría | Ángulo | Hibridación | Ejemplo |
|---|---|---|---|---|
| 2 grupos, ningún par solitario | Lineal | 180° | sp | CO2 |
| 3 grupos, ningún par solitario | Trigonal plana | 120° | sp2 | BF3 |
| 3 grupos, 1 par solitario | Angular | algo menos de 120° | sp2 | SO2 |
| 4 grupos, ningún par solitario | Tetraédrica | 109,5° | sp3 | CH4 |
| 4 grupos, 1 par solitario | Pirámide trigonal | 107° | sp3 | NH3 |
| 4 grupos, 2 pares solitarios | Angular | 104,5° | sp3 | H2O |
Un grupo es cada átomo unido al central y cada par solitario, y un doble o un triple enlace cuenta como un solo grupo. Cada par solitario empuja más que un enlace y cierra un poco el ángulo: por eso metano, amoniaco y agua van bajando de 109,5° a 107° y a 104,5° teniendo los tres cuatro grupos y la misma hibridación.
Las dos moléculas se parecen, y el agua además es la más ligera de las dos. Por masa debería hervir antes. Hierve 160 grados más tarde porque el hidrógeno del agua está unido a un oxígeno, y esa combinación permite formar puentes de hidrógeno con las moléculas vecinas: hasta cuatro por molécula. Hervir no es romper los enlaces O-H, que siguen intactos en el vapor; es separar unas moléculas de otras, y para eso hay que vencer esos puentes. El azufre no es lo bastante electronegativo para formarlos, así que sus moléculas se sueltan mucho antes.
Al hervir o al fundir un compuesto molecular no se rompe ningún enlace covalente: se separan unas moléculas de otras. Lo que hay que nombrar son las fuerzas intermoleculares, no el enlace O-H ni el C-H. Es un fallo caro, porque invalida el razonamiento entero aunque el resultado que se dé sea el correcto.
Solo lo hay cuando el hidrógeno está unido directamente a nitrógeno, oxígeno o flúor. En el metano hay cuatro hidrógenos y no hay ni uno. Y en un alcohol el puente lo forma el hidrógeno del grupo -OH, no los que cuelgan de la cadena de carbonos.
No es lo mismo. El dióxido de carbono tiene dos enlaces C=O muy polares y la molécula es apolar, porque es lineal y los dos dipolos se anulan. La polaridad de la molécula depende de la geometría, así que hay que dibujarla antes de responder.
Los pares solitarios no se ven en la fórmula pero ocupan sitio y empujan igual que un enlace. Contar solo los átomos unidos convierte el amoniaco en trigonal plano y el agua en lineal, que son dos respuestas equivocadas muy habituales.
En estado sólido no conduce, porque los iones están fijos en la red. Conduce fundido o disuelto en agua, que es cuando los iones quedan libres para moverse. Contestar que sí a secas cuesta el apartado entero.
Es una orientación, no una ley. Un compuesto con diferencia 1,6 no es covalente puro ni uno con 1,8 es iónico perfecto: el carácter iónico crece de forma gradual. Conviene apoyarse antes en qué elementos son, metal o no metal, y usar la cifra como refuerzo.
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