Entendiendo los Enlaces Químicos: Iónicos, Covalentes y Metálicos

Principios de la Teoría de Lewis: Se transfieren electrones de un átomo a otro, formando iones positivos y negativos que se atraen por fuerzas electrostáticas, originando el enlace iónico. También se comparten uno o más pares de electrones, dando lugar a la formación del enlace covalente. Los electrones transferidos o compartidos estabilizan la configuración electrónica de los átomos, haciendo que coincida con la de los gases nobles, que tienen ocho electrones en la última capa. Esto se conoce como la Regla del Octeto.

Compuestos Iónicos

En los compuestos iónicos no hay moléculas discretas; la estructura de aniones y cationes es cristalina, y las fuerzas que sostienen al cristal son de naturaleza eléctrica.

• Puntos de fusión y ebullición medios y altos. Cuanto mayor es la energía reticular, mayor es el punto de ebullición.
• Son duros, pero quebradizos. La fragilidad se debe a que un ligero desplazamiento de los planos iónicos provoca repulsiones electrostáticas.
• En estado sólido son aislantes eléctricos y malos conductores del calor, pero fundidos conducen corriente eléctrica.
• Se disuelven en líquidos muy polares, como el agua. La disolución exige separar cargas eléctricas y solo pueden hacerlo moléculas polares. Cuando se disuelven en agua, conducen la corriente eléctrica.

Metales

• Expulsan electrones cuando son calentados o expuestos a luz de alta energía. Bien pulidos, muestran un brillo característico. Son excelentes conductores del calor y la electricidad.
• La dureza es media o baja y tienen buenas propiedades mecánicas. Son elásticos, dúctiles y maleables.
• Puntos de fusión altos.
• No se disuelven.

Sustancias Covalentes

En las sustancias covalentes no hay electrones libres; los electrones de valencia están compartidos por enlaces covalentes.

• Sólidos a temperatura ambiente, con puntos de fusión elevados (sólidos covalentes).
• Los sólidos reticulares covalentes, como el diamante, son muy duros. Los primeros materiales en la escala de dureza son de este tipo.
• Son muy rígidos y no permiten deformación.
• Son buenos aislantes eléctricos y malos conductores del calor, excepto el grafito.
• Son insolubles en todo tipo de disolventes.

Modelo del Gas de Electrones

• Los átomos del metal, ionizados por la pérdida de sus electrones de valencia, se han convertido en cationes de forma esférica.
• Los cationes forman una red de esferas tridimensional, ordenada y compacta, que crea un campo eléctrico uniforme. Dos estructuras típicas de empaquetamiento son la red hexagonal compacta y la cúbica compacta.
• Los electrones de valencia, que ya no pertenecen a cada átomo sino al cristal entero, rodean la red positiva como si fueran un gas (nube de electrones) y neutralizan la carga positiva.
• El gas de electrones se mueve libremente dentro de la red catiónica, pero no puede escapar de ella por su potencial eléctrico atractivo.

Teoría de Bandas

Se considera el enlace metálico como un caso extremo de enlace covalente, en el cual los electrones de valencia de todos los átomos son compartidos conjunta y simultáneamente. Desaparecen los orbitales atómicos y se forman orbitales moleculares con energías tan próximas que, todo en conjunto, ocupan una banda de energía. En los metales, sustancias conductoras, la banda de valencia está o semillena o llena, pero solapada con la banda de conducción que está vacía. En los semiconductores y en los aislantes, la banda de valencia está llena y la de conducción vacía, pero no se solapan. Hay una zona intermediaria, llamada banda prohibida, que no puede alojar electrones. En los semiconductores, como el Si y el Ge, la anchura de la banda prohibida no es muy grande, y siempre hay electrones con energía cinética suficiente para promocionarse a la banda de conducción, permitiendo cierta conductividad eléctrica.

En los aislantes, la banda prohibida es tan ancha que ningún electrón puede saltarla. La banda de conducción está vacía y la de valencia llena. El sólido no conduce corriente.