COMPARACIÓN ENTRE LAS PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS Y COVALENTES.

Estudio de las propiedades físicas y químicas de algunos compuestos función del tipo de enlace químico

Las propiedades físicas y químicas de los elementos y de sus compuestos dependen de las estructuras atómicas y moleculares o cristalinas en que existen.

Podemos llegar a predecir para los materiales sus comportamientos en diferentes situaciones si conocemos sus propiedades físicas y químicas, estas a su vez nos permiten clasificar a la materia entre diferentes estados físicos y químicos, comportamientos metálicos o no-metálicos, propiedades oxidantes y reductoras, etc. También, un mismo elemento o compuesto químico puede presentarse con estructura sólida diferente y tendrá por ello diferentes aplicaciones, por ejemplo: el carbono es muy duro en forma de diamante, con estructura tetraédrica, mientras que en la forma de grafito, por ser laminar puede servir como lubricante y el carbono amorfo en muy pequeños tamaños de partícula puede adsorber otras partículas también muy pequeñas y entonces servir para purificar soluciones.

Otras pruebas como solubilidad en agua u otros disolventes y pruebas de conductividad eléctrica manifestarán que tipo de enlace químico hay en los compuestos que se estudian.

Los compuestos pueden clasificarse en función del enlace químico que se encuentre presente; estos pueden ser iónicos, covalentes o metálicos.

Los compuestos con enlace covalente están formados generalmente por moléculas discretas, los enlaces son direccionales y existen fuerzas de enlace covalente entre los átomos de esa molécula y otra. En el sólido solamente actúan fuerzas de carácter débil entre una molécula y otra, las cuales son llamadas fuerzas de Van der Waals.

Los compuestos iónicos en solución o en estado fundido pueden conducir la corriente eléctrica en forma importante, y este comportamiento es débil en los compuestos covalentes polares o no se presentará si el compuesto es covalente no polar.

En un cristal iónico, los iones están atrapados en sitios fijos en la red cristalina, estos no pueden migrar y por lo tanto no pueden conducir la corriente eléctrica. Si el cristal no es perfecto, se pueden presentar una conducción del ión desde un punto de la red al punto vacante de la misma. En contraste los compuestos covalentes están aislados, pues ellos no presentan cargas eléctricas y por lo tanto no conducen la corriente eléctrica en ninguno de los estados sólidos, líquidos o gaseosos.

Los metales son buenos conductores en general. La naturaleza del enlace metálico hace que existe una nube de electrones móviles en el sólido responsable de esta conductividad eléctrica y otras propiedades como el brillo metálico.

orgánicos no polares, o sea, disolventes de baja constante dieléctrica como el benceno y el tetracloruro de carbono.

 

Fuerza del Enlace Covalente

Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).

Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.

En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.

Ejemplo: El gas cloro está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente. En la siguiente simulación interactiva están representados 2 átomos de cloro con solo sus capas externas de electrones. Aproxima un átomo a otro con el ratón y observa lo que ocurre:

ENLACE METÁLICO Y ELEMENTOS SEMICONDUCTORES

 Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre cationes y los electrones de valencia) de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de redes tridimensionales que adquieren la estructura típica de empaquetamiento compacto de esferas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo)..  Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus puntos de fusión y ebullición varían notablemente.  Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas.  Presentan brillo metálico.  Son dúctiles y maleables.  Pueden emitir electrones cuando reciben energía en forma de calor. La conducción electrónica es característica de los sólidos metálicos y de los semiconductores. Para distinguir entre un metal y un semiconductor se utiliza el siguiente criterio basado en la dependencia de la conductividad eléctrica con la temperatura.

Un conductor metálico es aquella sustancia cuya conductividad eléctrica disminuye al aumentar la temperatura. - Un semiconductor es aquella sustancia cuya conductividad eléctrica aumenta al hacerlo la temperatura. Un sólido aislante es una sustancia que presenta una baja conductividad eléctrica; sin embargo cuando su conductividad se puede medir, ésta aumenta con la temperatura, como ocurre en los semiconductores. A todos los efectos se pueden considerar dos comportamientos eléctricos básicos, el metálico y el semiconductor.

                Materiales electrónicos o semiconductores

•          Los semiconductores tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes eléctricos.

•          No son importantes por su volumen pero sí son extremadamente importantes por su avanzada tecnología.

•          La información hoy día se transmite por luz a través de sistemas de fibras ópticas, los semiconductores convierten las señales eléctricas en luz y viceversa.

•          El más importante de los materiales electrónicos es el silicio puro, al que se puede modificar para cambiar sus características eléctricas. Con estos materiales se han podido crear fabricar los circuitos integrados que han revolucionado la industria electrónica y de ordenadores

Teoría de bandas

La teoría de bandas se basa en el hecho de que los átomos que conforman un metal contiene orbitales atómicos, los cuales pueden estar llenos o vacíos. Si tenemos una gran cantidad de átomos muy juntos entre ellos, la superposición de orbitales da lugar a regiones, las cuales se denominan bandas.

Analicemos el caso de magnesio, un metal con número atómico 12. Su configuración electrónica es [Ne] 3s2, esto quiere decir que cada átomo tiene dos electrones de valencia ubicados en el orbital 3s, quedando los orbitales del subnivel 3p vacíos. Por tanto, al considerar el metal como muchos átomos de magnesio juntos, podemos imaginar la aparición de bandas, que no son más que muchos orbitales superpuestos. Una banda, correspondiente a la superposición de los orbitales 3s, estará llena de electrones y se llamará BANDA DE VALENCIA (porque contiene a los electrones de valencia). La banda formada por los orbitales del subnivel 3p está adyacente, pero vacía. Esta banda se denomina BANDA CONDUCCIÓN.

 
 
En todo metal, las bandas de valencia y de conducción están muy próximas entre sí, y la energía necesaria para que un electrón pase de la banda de valencia a la de conducción es despreciable. Para que un metal conduzca la corriente, debe ocurrir el salto de electrones de la banda de valencia a la banda de conducción.
Sin embargo, hay algunos elementos de la tabla que se comportan como semiconductores. Estas especies son conductoras de la corriente y el calor
sólo bajo ciertas condiciones. Ejemplo de semiconductores son el silicio (Si) y el germanio (Ge). Y, además, otros elementos de la tabla se comportan como aislantes, es decir, no conducen nunca la corriente eléctrica. Un ejemplo es el azufre (S). ¿Por qué ocurre esto?

En estos casos, es de esperar que la separación entre las bandas de valencia y de conducción sea mayor. En el caso de los semiconductores, la separación (Gap en inglés) es apreciable, pero es posible que un electrón pase a la banda de conducción al aplicarle cierta energía. En el caso de los aislantes, este salto no es posible, dada la gran diferencia energética que hay entre ambas bandas.
Diferencia energética entre las bandas de valencia y de conducción en un metal, semiconductor y aislante.
 

La banda de valencia (BV): está ocupada por los electrones de valencia de los átomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los átomos. Los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los átomos, pero no intervienen en la conducción eléctrica. La banda de conducción (BC): está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente eléctrica.

   

Estructura de los materiales

La estructura es la manera en que se agrupan los atomos en una molecula, esto trae como consecuencia propiedades fisicas, quimicas y fisicoquimicas distintas entre moleculas compuestas por los mismos atomos y en las mismas cantidades pero con agrupacion distinta es decir isomeros.

ESTADO SÓLIDO (CRISTALINO)

Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas.

Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas siguen siendo suficientemente grande para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.

La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza son cristalinos aun cuando en ocasiones esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrica regular apreciable a simple vista. Ello es debido a que con frecuencia están formados por un conjunto de pequeños cristales orientados de diferentes maneras, en una estructura poli cristalina.

Existen 32 clases de cristales según sus características de simetría, que se organizan en 14 tipos de redes tridimensionales, las 14 redes de Bravais .El número de combinaciones posibles de los elementos de simetría es finito.