enlace covalente 2011
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1
Enlace covalente
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Enlace covalente
Se da entre dos átomos no-metálicos por compartición de e– de valencia.
La pareja de e– (generalmente un e– de cada átomo) pasan a girar alrededor de ambos átomos en un orbital molecular.
Dos átomos unidos mediante enlace covalente tienen menos energía que los dos átomos aislados.
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Enlace covalente
Al igual que en el enlace iónico la formación de un enlace covalente va acompañada de un desprendimiento de energía.
Se llama energía de enlaceenergía de enlace a la energía necesaria para romper 1 mol de un determinado tipo de enlace.
Es siempre endotérmica (positiva).
Ejemplo: para romper 1 mol de H2 (g) en 2 moles de
H (g) se precisan 436 kJ, Eenlace(H–H) = + 436 kJ
La distancia a la que se consigue mayor estabilidad se llama “distancia de enlacedistancia de enlace”.
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Tema 1. Estructura y propiedades
Tabla periódica de los elementos
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Teoría de Lewis
Se basa en las siguientes hipótesis:
Los átomos para conseguir 8 e– en su última capa comparten tantos electrones como le falten para completar su capa (regla del octete).
Cada pareja de e– compartidos forma un enlace.
Se pueden formar enlaces sencillos, dobles y triples con el mismo átomo.
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CAPA DE VALENCIA
Tema 1. Estructura y propiedades
CAPA DE VALENCIA DE LOS 18 PRIMEROS ELEMENTOS
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Tema 1. Estructura y propiedades
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Estructura de Lewis.
Consiste en representar con puntos “·” o “x” los e– de la capa de valencia.
EjemplosEjemplos::
Grupo: 17 16 15 14 Átomo: Cl O N C Nº e– val. 7 6 5 4
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Enlace covalente.
Covalente simple: Se comparten una pareja de
electrones.
Covalente doble: Se comparten dos parejas de electrones.
Covalente triple: Se comparten tres parejas de electrones.
No es posible un enlace covalente cuádruple entre dos átomos por razones
geométricas.
Si uno de los átomos enlazados aporta los 2 e– del enlace
y el otro ninguno se denomina ”Enlace covalente
coordinado” o “dativo”
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Tipos de enlace covalente.
Enlace covalente puro
Se da entre dos átomos iguales. Cl-Cl
Enlace covalente polar
Se da entre dos átomos distintos. H-Cl
El enlace será tanto más polar cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados.
Es un híbrido entre el enlace covalente puro y el enlace iónico.
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Ejemplos de enlace covalente puro.
Se da entre dos átomos iguales.
Fórmula2 H · (H · + x H) H ·x H ; H–H H2
·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· 2 :Cl · :Cl· + xCl: :Cl·xCl: ; :Cl–Cl: Cl2 ·· ·· ·· ·· ·· ·· ··
· · x .x 2 :O· :O· + xO: :O ·x O: ; :O = O: O2 ·· ·· ·· ·· ·· ·· ··
· · x ·x 2 :N· :N· + xN: :N·xN: ; :N N: N2 · · x ·x
Enl. covalente simple
Enl. covalente triple
Enl. covalente doble
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Enlace covalente polar (entre dos no-metales distintos).
Todos los átomos deben tener 8 e– en su última capa (regla del octeto) a excepción del hidrógeno que completa su única capa con tan sólo 2 e– .
La pareja de e– compartidos se encuentra desplazada hacia el elemento más electronegativo, por lo que aparece una fracción de carga negativa “–” sobre éste y una fracción de carga positiva sobre el elemento menos electronegativo “+”.
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Ejemplos deenlace covalente polar.
·· ·· ·· :Cl · + x H :Cl ·x H ; :Cl–H HClHCl ·· ·· ··
·· ·· ·· · O · + 2 x H Hx ·O ·x H ; H–O–H HH22OO ·· ·· ··
·· ·· ·· · N · + 3 x H Hx ·N ·x H ; H–N–H NHNH33 · ·x |
H H ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ··
·O ·+2 x Cl: :Clx ·O ·x Cl: ; :Cl–O– Cl: ClCl22OO ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ··
–+
–+
–+
+–
–+
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Octete incompleto
Algunas moléculas o iones sumamente reactivos tienen átomos
con menos de ocho electrones en su capa externa.
Un ejemplo es el trifluoruro de boro (BF3). En la molécula de BF3
el átomo de boro central sólo tiene electrones a su alrededor.
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Ampliación Los átomos de los elementos que se encuentran después del segundo periodo de
la tabla periódica, pueden acomodar más de ocho electrones en su capa externa. Ejemplos de esto son los compuestos PCl5 , SF6 y SF4.
Las moléculas con un número impar de electrones tampoco cumplen la regla de Lewis. Por ejemplo el NO
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Antes de que se puedan escribir algunas estructuras de Lewis, se
debe conocer la forma en que los átomos están unidos entre sí.
Considérese por ejemplo el ácido nítrico. Aunque la fórmula del
ácido nítrico con frecuencia se representa como HNO3, en realidad
el hidrógeno está unido a un oxígeno, no al nitrógeno. La estructura
es HONO2 y no HNO3. Por lo tanto la estructura de Lewis es:
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Enlace Covalente
H O N O
O
Ordenamiento
H O N O
O
Fórmula de Lewis
N
O
O
OH
Geometría
HO N O
O
HO N O
O
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Estructuras resonantes
De manera común se define como resonancia a la “deslocalización
de los pares electrónicos dentro de una molécula,” sin embargo en
los compuestos inorgánicos se puede entender como:
La existencia de dos o mas estructuras equivalentes que presentan
la misma energía.
Estas estructuras solo se diferencian por la posición del doble enlace.
La fusión de las estructuras es precisamente es lo que se
denomina resonancia y en el caso de presentar alguna de las
estructuras de Lewis se denomina como híbrido de resonancia
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Ejemplos de estructuras resonantes
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Escribe las estructuras de Lewis de
F2 O2 CO2 C2H2
SO2 SH2 C2H4 CS2 BF3
CH4 NO NH3
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Nº enlaces = (N-D)/2
F2 (8.2-7.2)/2= 1 enlace
O2 (8.2-6.2)/2= 2 enlaces
CO2 (8.3-(4+2.6))/2 = 4 enlaces
C2H2 [(8.2+2.2)-(4.2+2.1) ]/2= 5 enlaces
Nº enlaces= (nº electrones necesarios-nº de electrones disponibles)/2
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3.2. Teoría de Lewis
Tema 1. Estructura y propiedades
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NO NH3
CH4 BF3
F2 CS2 C2H2 C2H4
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Enlace covalente coordinado.
Se forma cuando uno de los átomos pone los 2
e– y el otro ninguno.
Se representa con una flecha “” que parte del
átomo que aporta la pareja de e– .
EjemploEjemplo:: ·· ··
Hx ·O ·x H + H+ H–O–H HH33OO++
·· H
+++
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27
Geometría molecular
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OCTETO ELECTRÓNICO
Lewis
ENLACE-VALENCIA
Heitler-London
ORBITAL MOLECULAR
Mulliken-Hund
Compartición de electrones
Solapamiento de O.A.
Formación de O.M.
GEOMETRÍA
Método de repulsión de pares de
electrones de la capa de valencia (RPECV)
Hibridación de O.A
Orbitales moleculares
TEORÍA
TEORÍAS QUE EXPLICAN LA FORMACIÓN DEL ENLACE COVALENTE Y LA GEOMETRÍA MOLECULAR
Tema 1. Estructura y propiedades
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29
TRPEVTeoría de la Repulsión de los Pares de Electrones de
Valencia
http://www2.uah.es/edejesus/interactivos/indice_VSEPR.htm
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Modelo de repulsión de pares electrónicos y geometría molecular
Los enlaces covalentes tienen una dirección determinada y las distancias de enlace y los ángulos entre los mismos pueden medirse aplicando técnicas de difracción de rayos X.
La estructura de Lewis de una molécula nos da idea de cómo están enlazados los átomos entre sí, pero no refleja la geometría molecular.
La geometría de una molécula depende de la distribución espacial de los átomos que la forman, y se puede determinar con mucha precisión mediante el método de la repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia, RPECV.
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Estructura de Lewis
Átomos
Moléculas Diatómicas
Los átomos forman moléculas porque compartiendo electrones alcanzan el octeto electrónico
Tema 1. Estructura y propiedades
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Método de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (RPECV)
BeF2
Lineal
BCl3
Triangul
ar
CH4
Tetraédrica
BeF2: El Be tiene 2 pares de e– Ángulo de enlace = 180º.
BCl3: El B tiene 3 pares de e– Ángulo de enlace = 120º.
CH4: El C tiene 4 pares de e– Ángulo de enlace = 109,4º
• Las moléculas poliatómicas presentan geometrías que pueden
explicarse mediante la teoría o modelo de RPECV
• La geometría viene dada por la repulsión de los pares de electrones que
rodean al átomo central. Las parejas de e– se sitúan lo más alejadas
posibles.
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Las zonas electrónicas que rodean al átomo central se orientan en el espacio de tal manera que las repulsiones eléctricas sean mínimas: estas zonas pueden ser tanto de electrones enlazantes (los que forman parte de un enlace) como no enlazantes (pares de electrones no compartidos o libres)
En el caso de los electrones enlazantes, los enlaces simples, los dobles o los triples equivalen a una zona electrónica. (Un enlace doble es tratado como un enlace simple aunque el hecho de que sea un poco más volumen produce pequeñas variaciones en el ángulo de enlace).
La geometría de la molécula viene determinada sólo por la disposición de los núcleos de los átomos enlazados.
Para establecer el ángulo de enlace, hay que tener en cuenta que la fuerza de repulsión entre dos zonas no enlazantes es mayor que entre zona enlazante-zona no enlazante, y esta a su vez mayor que entre dos zonas enlazantes.
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Geometría molecular: Método de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR).
Los pares de electrones se disponen en torno al átomo central de modo que se minimicen las repulsiones eléctricas entre ellos
Cuatro pares de e rodeando el átomo de nitrógeno. Se dirigen hacia los vértices de un tetraedro
(Geometría electrónica)
Como sólo se enlazan 3 de los 4 pares electrónicos, la forma de la molécula será piramidal
(Geometría molecular)
Tema 1. Estructura y propiedades
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Geometría molecular: Método de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR).
Dos pares de e enlazados: Molécula lineal
Tres pares de e enlazados: Molécula triangular plana
Tema 1. Estructura y propiedades
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Cuatro pares de electrones:
Molécula tetraédrica
Cuatro enlazados
Molécula piramidal
Tres enlazados
Molécula angular
Dos enlazados
No enlazado- No enlazado
No enlazado- Enlazado
Enlazado- Enlazado
Repulsión entre pares de
electrones
< <
Tema 1. Estructura y propiedades
Metano (109,4º)
Amoniaco (107,3º)
Agua (104,5º)
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Cinco pares de e enlazados: Molécula bipiramidal triangular
Seis pares de e enlazados: Molécula bipiramidal cuadrada
Geometría molecular: Método de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR).
Tema 1. Estructura y propiedades
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Síntesis de las reglas de TRPECV
1. Las geometrías ideales son:
Número de coordinación 2 lineal
Número de coordinación 3 trigonal planar
Número de coordinación 4 tetraédrica
Número de coordinación 5 trigonal bipiramide
Número de coordinación 6 octaédrica
2. Las repulsiones varían:
ParSolitario-ParSolitario > ParSolitario- ParE nlazante> ParE nlazante - ParE nlazante
2.1 Cuando hay pares solitarios los ángulos son menores a los de las geometrías ideales.
2.2 Los pares solitarios seleccionan el sitio más grande en TBP ecuatorial
2.3 Si todos los sitios son iguales, los pares solitarios estarán en posición trans
3. Los enlaces dobles ocupan más espacio que los enlaces sencillos.
4. Pares enlazados en que el sustituyente es electronegativo ocupa un menor espacio que los que el sustituyente es electropositivo
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COOH
H CH3
OH
ácido láctico
COOH
H3C H
OH
122º
116º
122º
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Enlaces entre moléculas
Fuerzas de Van der Waals y enlace de hidrógeno
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Enlace covalente polar.
Polaridad de los enlaces y las moléculas
A B
Más electro-negativo
Menos electro-negativo
Dipolo
Electronegatividades de algunos elementos
H 2.2
Li 1.0
Be 1.6
B 2.0
C 2.6
N 3.0
O 3.4
F 4.0
Na 0.9
Mg 1.3
Al 1.6
Si 1.9
P 2.2
S 2.6
Cl 3.2
K 0.8
Br 3.0
I 2.7
Valores establecidos por L. Pauling y revisados por A. L. Allred (Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1961, 17, 215).
Tema 1. Estructura y propiedades
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Momentos Dipolares
EnlaceMomento Dipolar, D
EnlaceMomento Dipolar, D
H-F 1.7 C-F 1.4
H-Cl 1.1 C-O 0.7
H-Br 0.8 C-N 0.4
H-I 0.4 C=O 2.4
H-C 0.3 C=N 1.4
H-N 1.3 C≡N 3.6
H-O 1.5
La dirección del momento dipolar es hacia el átomo más electronegativo.
4. Polaridad de los enlaces y las moléculas
Tema 1. Estructura y propiedades
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Enlaces y moléculas
Enlace iónico-enlace covalente
IÓNICO COVALENTE
COVALENTE POLAR
Tema 1. Estructura y propiedades
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Momento dipolar molecular es el momento dipolar de toda la molécula.
Molécula Apolar Molécula Polar
Tema 1. Estructura y propiedades
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Enlaces intermoleculares
Enlace o puente de Hidrógeno.Enlace o puente de Hidrógeno. Es relativamente fuerte y precisa de:
Gran diferencia de electronegatividad entre átomos.
El pequeño tamaño del H que se incrusta en la nube de e– del otro átomo.
Es el responsable de P.F y P.E. anormalmente altos.
Fuerzas de Van der Waals.Fuerzas de Van der Waals. Entre dipolos permanentes (moléculas polares). Son débiles.
Entre dipolos instantáneos (moléculas apolares). Son muy débiles.
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Fuerzas intermoleculares
Fuerzas de dispersión
Enlace de hidrógeno
Atracción dipolo-dipolo
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Fuerzas entre dipolos.
a) Interacciones moleculares entre moléculas polares.
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b) Interacciones moleculares entre moléculas apolares: fuerzas de dispersión de London.
Fuerzas entre dipolos.
Tema 1. Estructura y propiedades
![Page 51: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/51.jpg)
La intensidad de las fuerzas intermoleculares (F. de Van der Waaals) viene determinada por:
- Tamaño de las moléculas
- Forma de las moléculas
- Polaridad de las moléculas
¿Por qué hay diferencia en los puntos de ebullición?
![Page 52: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/52.jpg)
Interacciones moleculares por puente de hidrógeno
¿Por qué hay diferencia en los puntos de ebullición?
N CH3
CH3
H3C N CH2CH3
H
H3C N CH2CH2CH3
H
H
pe = 3.5 ºC pe = 37 ºC pe = 49 ºC
![Page 53: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/53.jpg)
El agua, los alcoholes y las
aminas primarias y
secundarias pueden
actuar cono donantes o
aceptores de hidrógeno.
Los éteres, aldehidos,
cetonas y ésteres sólo
pueden actuar como
aceptores.
Interacciones moleculares por puente de hidrógeno
![Page 54: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/54.jpg)
COMPUESTO FÓRMULAMasa
molecular
PUNTO EBULLICIÓ
N
PUNTO FUSIÓN
Dimetiléter CH3OCH3 46 –24ºC –138ºC
Etanol CH3CH2OH 46 78ºC –130ºC
Propanol CH3(CH2)2OH 60 98ºC –127ºC
Dietileter (CH3CH2)2O 74 34ºC –116ºC
Propilamina CH3(CH2)2NH2 59 48ºC –83ºC
Metilaminoetano
CH3CH2NHCH3 59 37ºC
Trimetilamina (CH3)3N 59 3ºC –117ºC
Etilenglicol HOCH2CH2OH 62 197ºC –13ºC
Ácido acético CH3CO2H 60 118ºC 17ºC
Etilendiamina H2NCH2CH2NH2 60 118ºC 8.5ºC
Los compuestos con puentes de hidrógeno presentan altos puntos de ebullición.
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Influencia de las fuerzas intermoleculares en los puntos de
ebullición.
PUNTO DE EBULLICIÓN (ºC) DE ALGUNOS ELEMENTOS Y COMPUESTOS
Aumento Tamaño
Atómico Ar (40) -186 Kr (83) -153 Xe (131) -109
Molecular CH4 (16) -161 (CH3)4C (72) 9.5 (CH3)4Si (88) 27 CCl4 (154) 77
Forma Molecular
Esférica (CH3)4C (72) 9.5 (CH3)2CCl2 (113) 69 (CH3)3CC(CH3)3 (114) 106
Lineal: CH3(CH2)3CH3 (72) 36 Cl(CH2)3Cl (113) 121
CH3(CH2)6CH3 (114) 126
Polaridad Molecular
No polar: H2C=CH2 (28) -104 F2 (38) -188CH3C≡CCH3 (54) -32
CF4 (88) -130
Polar:H2C=O (30) -21 CH3CH=O (44) 20 (CH3)3N (59) 3.5
(CH3)2C=O (58) 56
HC≡N (27) 26 CH3C≡N (41) 82 (CH2)3O (58) 50 CH3NO2 (61) 101
![Page 56: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/56.jpg)
Influencia de las fuerzas intermoleculares en los puntos de
fusión.
COMPUESTO FORMULAPUNTO DE
EBULLICIÓNPUNTO DE
FUSIÓN
Pentano CH3(CH2)3CH3 36ºC –130ºC
Hexano CH3(CH2)4CH3 69ºC –95ºC
Heptano CH3(CH2)5CH3 98ºC –91ºC
Octano CH3(CH2)6CH3 126ºC –57ºC
Nonano CH3(CH2)7CH3 151ºC –54ºC
Decano CH3(CH2)8CH3 174ºC –30ºC
Tetrametilbutano (CH3)3C-C(CH3)3 106ºC +100ºC
Las moléculas esféricas se empaquetan mejor y las fuerzas
intermoleculares son más fuertes se necesita mayor
temperatura para pasar de sólido a líquido. Si las moléculas son
lineales el empaquetamiento no es tan eficaz.
![Page 57: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/57.jpg)
Influencia de las fuerzas intermoleculares en la solubilidad.
Soluto polar en disolvente polar
Soluto polar en disolvente no polar
Se disuelve
No se disuelve
![Page 58: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/58.jpg)
Soluto no polar en disolvente apolar
Soluto no polar en disolvente polar
Influencia de las fuerzas intermoleculares en la solubilidad.
Se disuelve
No se disuelve
![Page 59: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/59.jpg)
Lo semejante disuelve a lo semejante
![Page 60: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/60.jpg)
Compuestos covalentes atómicos.
Forman enlaces covalentes simples en dos o tres dimensiones del espacio con átomos distintos.
EjemplosEjemplos::
SiO2, C (diamante),
C (grafito)ESTRUCTURA DEL
GRAFITO
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Propiedades de los compuestos covalentes
MolecularesMoleculares Puntos de fusión y ebullición
bajos.
Los comp.covalentes apolares (puros) son solubles en disolventes apolares y los polares en disolventes polares.
Conductividad parcial sólo en compuestos polares.
AtómicosAtómicos Puntos de fusión y
ebullición muy elevados.
Insolubles en todos los disolventes.
No conductores (el grafito sí presenta conductividad por la deslocalización de un e– de cada átomo).
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Propiedades de las sustancias covalentes
Las sustancias covalentes en general se caracterizan porque:
Tienen bajos puntos de fusión y de ebullición.
Cuando se trata de cuerpos sólidos, son relativamente blandos
y malos conductores del calor y de la electricidad.
Son bastante estables y de escasa reactividad (el enlace
covalente es fuerte).
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Propiedades de las sustancias covalentes
Por tanto, en las sustancias covalentes podemos distinguir:
Gases, como O2, H2, N2, CO2. Los átomos en cada molécula están unidos por
enlaces covalentes, pero entre ellas las fuerzas de unión son muy débiles; las moléculas están dispersas y, por tanto, forman sustancias gaseosas.
Líquidos, como el H2O. Las fuerzas de unión entre las moléculas de agua
son más intensas. Las moléculas permanecen en contacto, aunque con libertad para deslizarse unas sobre otras. Por tanto, esta sustancia, agua, es líquida.
Sólidos, como el yodo, el diamante o el óxido de silicio (cuarzo). Estos dos últimos son muy duros, mucho más que los sólidos iónicos, y con altos puntos de fusión y ebullición. En el diamante, cada átomo de carbono se une con otros cuatro, formando una red cristalina covalente.
![Page 64: Enlace covalente 2011](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012322/5589855bd8b42a44748b46c6/html5/thumbnails/64.jpg)
Estructura del hielo (puentes de hidrógeno)