ENLACES QUÍMICOSLópez Kellym ª, 1323965; Muñoz Pabloᵇ, 1332582

Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Depto. Química, Química, Universidad del Valle, Cali, Colombia

Mayo 14 del 2013

ResumenSe probó la conductividad eléctrica de algunos reactivos en solución acuosa como sal común (NaCl), azúcar (C12H22O11), acetona, hidróxido de sodio (NaOH), Nitrato de Cobre (II) Cu(NO3)2, hidróxido de amonio (NH4OH) y agua desionizada, para determinar qué tipo de enlace químico presentaba cada sustancia mediante un circuito eléctrico. Se probó el tiempo de fusión de tres compuestos en estado sólido (sal, azúcar y parafina), se calentó con un mechero cada compuesto y se determinó cual necesitaba más tiempo para fundirse. También se reconocieron los compuestos de enlace covalente coordinado, por medio de un compuesto colorido y por disolución de una sal poco soluble.

Palabras claves: conductividad eléctrica, enlace químico, circuito eléctrico, tiempo fusión, fundirse, enlace iónico, enlace covalente, disolución.

1. Datos y resultados

Tabla 1. Dato experimental acerca de la conductividad eléctrica de la solución

COMPUESTO ¿ENCENDIO BOMBILLO?SI NO

H2O XHCl XNaCl XNH4OH XC3H6O XC12H22O11 XNaOH XCu(NO3)2 X

Tabla 2. Estructura de Lewis tipo de enlace y clasificación del compuesto según si capacidad de conducir electricidad

compuesto Tipo de enlace

Tipo de electrolito

Covalente polar

Electrolito débil

Covalente polar

Electrolito fuerte

Iónico Electrolito fuerte

covalente polar

Electrolito débil

Covalente polar

No electroli

to

Covalente polar

No electroli

to

iónico Electrolito

fuerte

iónico Electrolito

Figura 1. el ion Cl- representado con color rojo a lado derecha y verde al lado izquierdo está rodeado por el polo positivo de las moléculas de agua, contrario a esto el ion Na+ está rodeado por el polo negativo de las moléculas de agua, estableciéndose una atracción ion-dipolo.

Tabla 3. Tiempos de fusión.

Sustancia Tiempo de fusión (s)

Parafina 03.4Azúcar (C12H22O11) 06.2

Sal (NaCl) 11.6

Tabla 4. Puntos de fusión.

Sustancia Punto de fusión (ºC)

Parafina 47 – 64Azúcar (C12H22O11) 186

Sal (NaCl) 801

2. Discusión de Resultados

Procedimiento 1 A.

Se utilizaron ocho sustancias para comprobar la capacidad que tienen estas de conducir electricidad, para esto se midieron aproximadamente 15 mL de cada solución al 1 % y se hizo el experimento introduciendo dos electrodos en cada una de ellas, se obtuvieron los datos de la tabla 1. Durante la práctica de laboratorio se logra identificar que el bombillo se enciende cuando los electrodos se introducen en soluciones acuosas que contienen iones.

Cuando se le suministra corriente a ciertas disoluciones se produce un fenómeno llamado electrolisis, en el cual se transforma energía eléctrica en energía química, estas sustancias capaces de conducir la electricidad se

les nombra como electrolitos, la conductividad se produce por la descomposición de iones que se encuentran libres dentro de la disolución, cuando los electrodos son puestos en la disolución los iones se mueven hacia el electrodo de carga opuesta al que poseen, los iones con carga negativa desprenden electrones y los de carga positiva adquieren electrones. La disociación de compuestos iónicos en el agua genera iones de carga opuesta, Para que una sustancia en solución acuosa pueda producir conductividad eléctrica al estar expuesta a un campo magnético necesariamente debe cumplir esta característica.

De las sustancias trabajadas en el laboratorio tres poseían enlaces iónicos. Un enlace iónico se forma por atracción electroestática entre iones positivos y negativos, estos iones se forman porque necesitan alcanzar su configuración más estable con 8 electrones de valencia, como consecuencia un átomo pierde electrones y otro los gana, este último queda cargado negativamente (anión) y el primero queda cargado positivamente (catión). Los compuestos iónicos son sólidos formados por un número de átomos muy grande que poseen fuerzas electroestáticas fuertes, esto explica que su punto de fusión sea tan alto. Cuando un compuesto que posee enlace iónico entre sus moléculas se disocia en agua, se divide en iones, esto facilita la conductividad eléctrica, debido a que aparecen átomos con carga positiva y átomos con carga negativa. El catión se une a un cátodo (electrodo negativo) y el anión se une a un ánodo (electrodo positivo) como se realizó en el experimento, de esta manera se conduce

electricidad y el bombillo se enciende como sucedió con las soluciones (véase tabla 1) NaOH, HCl, NaCl y Cu(NO3)2.

En un enlace covalente se genera la compartición de los electrones, algunos de los compuestos utilizados en la práctica poseían enlaces covalente polares como se muestra en la tabla 2.

Durante la práctica también se utilizó una solución de HCl al 1 %. El enlace que se da entre el H y el Cl (HCl) aunque es un enlace covalente polar cuando se disuelven en agua genera iones H+ y iones Cl-, este soluto se disocia por completo y se considera un electrolito fuerte, por lo que el bombillo se encienda.

HCl H+ + Cl-

Durante la reacción con el agua el ácido cede un protón y el agua se comporta como una base:

HCl + H2O H3O+ + Cl-

Con el agua el bombillo no encendió, caso esperado debido a que el agua se considera un electrolito sumamente débil en el que de 500 millones de moléculas solo se disocian 1, esta disociación se expresa como:

Es una reacción reversible, por esta razón se obtiene: ion hidronio (H3O+), ion hidróxido (OH-) y moléculas de agua sin disociarse.

Un caso similar ocurrió con el NH4OH en el que solo unas pocas moléculas se disocian, estas tienden a formar

nuevamente moléculas de hidróxido de amonio, por este motivo al igual que el agua el hidróxido de amonio se considera un electrolito débil

NH4OH NH4+ + OH-

Es una reacción reversible, se produce ion NH4

+, OH- y moléculas de hidróxido de amonio.

En el caso del NaOH en solución acuosa se disocia en iones Na+ y OH-. Las bases son sustancias que aumentan la concentración de iones hidróxido, cuando se disuelven en agua; como la concentración de iones hidrogeno y de iones hidróxido en el agua es muy pequeña, al disolverse este en al agua aumenta la concentración de hidróxido

NaOH Na+ + OH-

Algunos solutos compuestos por moléculas polares con enlaces covalentes, aunque tienen la capacidad de disolverse en agua precisamente por su polaridad, no se consideran como electrolitos, un ejemplo es el azúcar en solución acuosa utilizado en la práctica. El azúcar al entrar en contacto con el agua no se disocia, ocurre entre las moléculas de soluto (azúcar) y solvente (agua) una atracción dipolo-dipolo en el que las moléculas de agua rodean el soluto polar.

La sal (NaCl) posee un enlace iónico, cuando entra en contacto con el agua se disocia en iones Na+ y Cl-, las moléculas de agua rodean los iones y se realiza una atracción ion-dipolo. Por este compuesto disociarse se considera un electrolito fuerte, por lo cual encendió el bombillo.(véase figura 1)

La acetona presenta un enlace covalente polar, pero no se disocia en agua por lo que no conduce electricidad y no permite que el bobillo encienda, se considera no electrolito. (Véase tabla 1y 2)

Con la solución de Cu(NO3)2 el bobillo encendió con muy poca luminosidad, el compuesto posee un enlace iónico, este compuesto se disocia en agua, en iones Cu2+ y NO3

- , el bobillo enciende, porque la solución al exponerse a un campo magnético tiene la capacidad de conducir corriente eléctrica.

La conductividad de una sustancia no puede determinar el tipo de enlace que presenta sus compuestos, pues como se muestra en la tabla 2, aunque los compuestos iónicos conducen electricidad, existen compuestos moleculares que también poseen esta capacidad y están formados por enlaces covalentes.

Procedimiento 1. B.

En este procedimiento se determinó el punto de fusión de tres sustancias (sal, azúcar y parafina), para ello se calentaron las tres, mediante un mechero y dos tubos de ensayo, hasta que las tres sustancias cambiaran a estado liquido; la idea era calentar 0.1 g de cada una, pero al observar que lo que se estaba trabajando era el punto de fusión, se determinó que este es una propiedad intensiva y que por lo tanto no depende de la cantidad de materia que se tenga, de esta manera se calentaron las sustancias sin necesidad de saber su peso. (Cabe resaltar que las tres sustancias debían calentarse en tubos de ensayo, pero con el azúcar no se hizo así, pues esta, al cambiar de estado

queda muy viscosa y se adhiere fuertemente al tubo de ensayo).

En la tabla 3 se puede observar que el tiempo de fusión para cada sustancia es diferente, por ejemplo el menor tiempo de fusión es el de la parafina con 03.4 s, esto quiere decir que tiene el punto más bajo de fusión entre las tres sustancias. Luego se calentó el azúcar, que se demoro 06.2 s en fundirse, esto quiere decir que tiene un punto de fusión más alto que la parafina, pero no mas alto que el punto de fusión de la sal, esta sustancia no se fundió, o al menos durante los tres minutos máximo de exponerla al calor, no lo hizo. La tabla 4 nos muestra el punto de fusión de cada sustancia, y se pudo concluir que entre más alto sea el punto de fusión, más se demora la sustancia en fundirse, es el caso de la sal, comparado con el del azúcar y el del azúcar comparado con la parafina.

Teniendo en cuenta estos datos, se determinó que el mechero alcanzó una temperatura alta, pero no lo suficiente para fundir la sal, compuesto que tiene un punto de fusión a 801 ºC, esto quiere decir que el mechero no alcanzó esta temperatura; es decir que para fundir la sal, debe estar expuesta mucho más tiempo al calor o tener un mechero que alcance la temperatura de 801ºC que es la temperatura de fusión de la sal; y por ello es que la sal se demora mucho más tiempo en fundirse en comparación a las otras dos sustancias, esto se debe a que cada sustancia tiene un punto de fusión diferente, y este depende de la

interacción de moléculas del compuesto entre sí, por ello se pudo determinar que la parafina se funde a temperaturas bajas donde sus moléculas tienen, relativamente poca interacción o menor que las moléculas del azúcar, y las del azúcar tienen una interacción de sus moléculas menor que las de sal, ya que la sal forma un cristal mucho más estable por su interacción y por ende tiene un punto de fusión mayor.

El punto de fusión de una sustancia o compuesto, depende del tipo de enlace; entre más fuerte sea el enlace, el punto de fusión será mayor. En este caso se pudo determinar que la sal posee un enlace iónico (fuerte), pues tiene un punto de fusión muy alto y este se produce porque los átomos de elementos metálicos se encuentran con átomos no metálicos, es decir que los átomos del metal ceden electrones a los átomo del no metal, transformándose en iones positivos y negativos respectivamente; estos átomos cargados se atraen fuertemente como en este cristal (NaCl) dando lugar a un compuesto iónico. Para el caso del azúcar y la parafina se determinó, de acuerdo a su tiempo y punto de fusión, que poseen un enlace covalente, pues una de las propiedades de los enlaces covalentes es que tienen bajos puntos de fusión y poseen una muy baja conductividad eléctrica como es el caso de la parafina.

PROCEDIMIENTO 2.A.

En este procedimiento, se le adicionó gota a gota de NH4OH al Cu (NO3)2 y se observó que empezó a tomar una coloración azul, a medida que se le

adicionaban las gotas, la sustancia tomó una coloración azul oscura hasta la gota numero 5 y formó un nuevo compuesto, esto se debe a que el compuesto formado presenta enlaces covalentes coordinados, que se distinguen por ser coloridos o por la capacidad de disolución de sales que son poco solubles. Al obtener un nuevo compuesto, se determinó que en la sustancia inicial se produjo un cambio químico, y que al producirse un cambio en la coloración de la sustancia inicial, se produjo un cambio físico pues, esta paso de ser transparente a una coloración azul oscura.

Esta reacción también se debe a que una de las propiedades de la mayoría de los metales de transición es que pueden formar iones complejos, (en su mayoría producen soluciones coloreadas) las soluciones acuosas de Cu(2+) son de color celeste pálido a celeste levemente verdoso, al agregar hidróxido de amonio se da un cambio formándose Cu(NH3)4 (2+), que forma una solución de color azul intenso. El cambio de coloración se debe a la diferencia de pares electrónicos no enlazantes, por lo que absorbe la luz de manera diferente

Ecuación química para este procedimiento:

Cu(H2O)(2+) +4NH3 Cu(NH3)4 + 6 H2O

PROCEDIMIENTO 2.B.

En este procedimiento, se agregó 1 mL de cloruro de sodio (NaCl) a 1 mL de nitrato de plata (AgNO3) y se formó un compuesto insoluble llamado cloruro de plata y se le adicionó gota a gota hidróxido de amonio ( NH4OH), luego se

empezó a agitar constantemente y se observó que el compuesto se disolvía, por ello se determinó que se forma un compuesto covalente coordinado, ya que otra de las características de estos compuestos es la capacidad de disolución de sales que son poco solubles.

Cabe aclarar que el nitrato de plata con el cloruro de sodio no reaccionan ya que son sólidos y no quedan en contacto suficiente, pero en solución sí reaccionan porque el agua favorece las condiciones para que ocurra la reacción y se forme el cloruro de plata, que precipita porque es prácticamente insoluble en agua y el nitrato de sodio que queda en solución, lo que se puede representar mediante la ecuación química:

AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3

AgCl + NH4 OH [Ag(NH3)2 ] Cl + H2O

4. conclusiones

Teniendo en cuenta los procedimientos realizados, se llegó a las siguientes conclusiones:

- la conductividad de un compuesto en una solución no indica el tipo de enlace que puede tener, para que haya conductividad en una solución es necesario que ocurra disociación.

- Se identificó los tipos de enlaces que hay en un compuesto dependiendo de sus características en la solución.

- Se determinó que los enlaces iónicos son buenos conductores eléctricos y que los enlaces covalentes no son conductores de electricidad.

- Los compuestos ionicos tienen un punto de fusión más alto que los covalentes por ello no pueden fundirse fácilmente.

- Los compuestos covalentes poseen bajos puntos de fusión y se funden fácilmente.

5. preguntas

Escriba dos ejemplos de elementos o compuestos naturales o en solución que contengan: enlaces iónicos, enlaces covalente no polares, enlaces covalentes polares, enlaces covalentes coordinados.

Enlace iónico:

El fluoruro de litio LiF presenta un enlace iónico la configuración electrónica del Li es 1s22s1 y la del F es 1s22s22p5 el F le hace falta 1 electrón para completar su octeto, además es mucho más electronegativo. El Li es un metal y el F es un no metal por lo que se presenta u enlace iónico en el que el flúor se lleva el electro del Li

Fluoruro de potasio (KF) el potasio cede un electrón de valencia (4s1), quedando cargado positivamente y con una configuración electrónica semejante a la del gas noble Argón.

El flúor al recibir ese electrón, queda cargado negativamente y con una configuración electrónica (1s2 2s2 2p6), semejante a la del gas neón

Enlace covalente no polar:

BeCl2 es una molécula con un enlace covalente no polar, la suma de sus momentos dipolares es cero por lo tanto es una molécula no polar. El Be comparte sus dos electrones de valencia, uno con cada Cl.

Cl2 los dos átomos presentan son iguales por lo tanto poseen igual electronegatividad cada uno aporte un electrón y de esta manera logran la estabilidad.

Enlace covalente coordinado:

El N en el NH3 queda con un par de electrones libres, llega un H que no tiene electrones con carga positiva y se une al N en donde este le aporta los electrones.

Lo mismo ocurre con el B, este solo puede formar 3 enlaces con tres F pero aun no alcanza su configuración electrónica de gas noble por lo que viene un átomo de F cargado negativamente y le aporta los dos pares de electrones faltantes.

Enlace covalente polar

El HCl presenta un enlace covalente polar, el Cl necesita un electrón de valencia para completar su configuración electrónica de gas noble, por lo que se une al H por medio de un enlace covalente, es polar porque el Cl es el átomo mas electronegativo y la suma de los momentos dipolares de la molécula es diferente de cero por lo que es covalente polar el enlace.

El NH3 es una molécula polar la suma de los momentos dipolares es diferente de cero, el N aporta el electrón que le falta a cada átomo de H.

Represente un caso las estructuras puntuales de Lewis que muestran los enlaces.

El O aporta un electrón a cada H al igual que cada H aporta 1 electrón

5. bibliografía

[1] http://www.bioquimica.dogsleep.net/Teoria/archivos/Unidad23.pdf 09/05/2013

[2http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/usrn/lentiscal/1-cdquimica-tic/flashq/enlaceq/intermoleculares/Teoria-Fintermoleculares.htm 09/05/2013

[3] http://ingenieriaeg.unlugar.com/ISFEB_archivos/propelemag.pdf 11/05/2013

[4] Hola Química TOMO1, SUSAETA EDICIONES, Fabio Restrepo, Jairo Restrepo, segunda edición pág. 187, 334-337, 380-381.

[5] Leticia Mendoza de Cid; Química general: manual de prácticas de laboratorio. Pág. 59

[6] Laboratorio de química general; Universidad del valle, pág. 29

[7] http://www.slideshare.net/ELIASNAVARRETE/clase-de-enlace-quimico 13/05/2013

Inicio

Colocar los electrodos en cada solución y anotar si el bombillo encendió.

Medir en un vaso de precipitado 15 mL de agua destilada, azúcar, acetona, sal común, hidróxido de sodio, nitrato de cobre. Hidróxido de amonio y ácido clorhídrico

Colocar en una espátula un pequeño trozo de parafina, calentar con el mechero y anotar el tiempo en que se demora

Colocar en una espátula un poco de sal y anotar el tiempo de fusión

Calentar en un tubo de ensayo una pequeña cantidad de sal y anotar el tiempo de fusión

Fin

Colocar los electrodos en cada solución y anotar si el bombillo encendió.

Reconocimiento del enlace covalente coordinado

Por la formación de un compuesto de coordinación colorido.

Agregue 1 mL de NaCl a 1 mL de AgNO3.

Cuando tome una coloración azul oscura, detenga el NH4OH.

Agregue NH4OH y agite hasta disolución completa.

Enlace covalente

coordinado.

Se distingue por su colorido.

Tiene la capacidad de disolución de sales poco solubles.