Compuestos moleculares

¿Qué es un compuesto químico?

Antes de empezar a analizar las propiedades macroscópicas de los compuestos moleculares, veamos la definición de compuesto químico:

Propiedades macroscópicas

Veamos ahora qué son las propiedades macroscópicas:

Tipos de enlace entre los átomos

Es muy importante que conozcamos cuáles son los tipos de enlaces, ya que dependiendo de estos, las características de los compuestos serán diferentes. En los compuestos químicos tenemos tres tipos de enlaces: enlace covalente, enlace iónico y enlace metálico. Veamos brevemente en qué consiste cada uno de ellos:

Enlace covalente

Comencemos con la definición de enlace covalente:

Enlace iónico

Analicemos ahora qué es un enlace iónico:

Enlace metálico

Para terminar, veamos la definición del último tipo de enlace: el enlace metálico.

Compuestos iónicos y moleculares

En este apartado veremos los compuestos iónicos y moleculares, así como sus propiedades.

Compuestos iónicos

Un metal y un no metal se enlazan mediante la donación de electrones; es decir, mediante un enlace iónico. El metal cede los electrones de su capa externa y los transfiere al no metal, que los gana. De este modo se forman dos iones que tienen la capa externa llena de electrones. Los iones se unen por una fuerte atracción electrostática y arman una red iónica gigante que se extiende en todas direcciones.

Propiedades macroscópicas de los compuestos iónicos

Aunque el enlace covalente y el enlace iónico existen en el mismo espectro, presentan propiedades muy diferentes.

Veamos, para empezar, las propiedades de los compuestos iónicos.

• En primer lugar, las estructuras iónicas forman entramados gigantes, no moléculas. Los iones de un compuesto iónico son atraídos por todos los iones de carga opuesta que los rodean, y forman una red iónica de iones positivos y negativos que se extiende en todas direcciones. Esto crea una estructura cristalina. La atracción electrostática es muy fuerte, lo que confiere a los compuestos iónicos altos puntos de fusión y ebullición.
• Los compuestos iónicos también son duros y quebradizos. Si los sacudimos, la red se sale de su sitio: dos iones con la misma carga pueden encontrarse, de repente, uno al lado del otro. Se repelen y rompen la red.
• Como sólidos, los compuestos iónicos son malos conductores del calor y la electricidad. Los iones cargados se mantienen firmemente en su sitio, por la fuerte atracción electrostática y no pueden moverse. Sin embargo, cuando están fundidos, o son acuosos, no se mantienen firmes en su sitio y pueden moverse, transportando carga. Por eso, los compuestos iónicos fundidos y acuosos son buenos conductores de la electricidad. Por suerte para nosotros, la mayoría de los compuestos iónicos son muy solubles en agua. Algunos son, incluso, solubles en líquidos orgánicos.

Compuestos moleculares

Cuando los no metales se unen mediante enlaces covalentes forman compuestos moleculares. En lugar de que un catión ceda sus electrones a un anión, como ocurre en el enlace iónico, el enlace covalente consiste en compartir electrones de valencia entre dos átomos.

Para entender mejor cómo los no metales forman enlaces covalentes, veamos la siguiente figura. Aquí, un átomo de carbono se une a dos átomos de oxígeno para formar dióxido de carbono CO₂. El carbono tiene cuatro electrones de valencia y el oxígeno tiene seis electrones de valencia. Ambos quieren tener las capas externas llenas (8 electrones), ¡así que comparten electrones entre ellos! Cada átomo de oxígeno compartirá dos electrones con el carbono, y el carbono compartirá dos electrones con cada átomo de oxígeno.

Figura 2: Enlace covalente en el CO₂. Observa que tiene pares de electrones compartidos, que forman los enlaces covalentes.

Propiedades macroscópicas de los compuestos moleculares

Analicemos ahora las propiedades macroscópicas de los compuestos moleculares:

• Las estructuras formadas por enlaces covalentes pueden ser sólidos de red covalente o simples moléculas covalentes. En los sólidos de red covalente, cientos y miles de átomos están unidos por múltiples enlaces covalentes; así forman una red gigante que se extiende en todas direcciones.
• En cambio, las moléculas covalentes simples están formadas por unos cuantos átomos unidos por enlaces covalentes. Las moléculas se mantienen unidas por fuerzas intermoleculares débiles. En estado sólido, las denominamos sólidos moleculares. Estos dos tipos de estructuras presentan el mismo tipo de enlace, pero tienen propiedades diferentes. ¿A qué se debe esto? Bueno, los enlaces covalentes son muy fuertes y requieren mucha energía para romperse. Por eso, los sólidos de red covalente tienen puntos de fusión y ebullición muy altos: para fundir la estructura, hay que superar la temperatura necesaria para lograr romper los enlaces covalentes entre los átomos. Pero, aunque las moléculas covalentes simples también contienen enlaces covalentes, tienen puntos de fusión y ebullición bajos y suelen ser gaseosas a temperatura ambiente. Esto se debe a que no es necesario superar los enlaces covalentes dentro de la molécula para fundir la sustancia, sino superar las débiles fuerzas intermoleculares entre las moléculas.
• Del mismo modo, los sólidos de red covalente son duros y resistentes, gracias a los fuertes enlaces covalentes que los mantienen unidos. Además, tanto los sólidos de red covalente como las moléculas covalentes simples suelen ser malos conductores de la electricidad. Esto se debe a que no hay partículas cargadas libres para moverse y transportar una carga dentro de las estructuras. Los sólidos de red covalente también son insolubles en agua.

Ejemplos de compuestos iónicos y moleculares

Veamos ahora ejemplos de compuestos iónicos y moleculares. Algunos ejemplos de compuestos iónicos son el CuCl y el CuSO₄.

El cloruro cuproso o cloruro de cobre (CuCl) es un sólido iónico que tiene un punto de fusión de 430 °C. En química orgánica, el CuCl puede utilizarse en una reacción con sales de diazonio aromáticas para formar cloruros de arilo. También puede emplearse como catalizador en otras reacciones orgánicas.

El sulfato de cobre (II) también es un sólido iónico y tiene un punto de fusión de 200 °C. El CuSO₄ tiene muchos usos, como aditivo para el suelo en agricultura y como conservante de la madera. Su principal propiedad macroscópica es que lo podemos encontrar como un polvo cristalino sin olor. Además, es soluble en agua.

Algunos ejemplos de compuestos moleculares son el N₂O₄ y el CO. El tetróxido de dinitrógeno (N₂O₄) es un gas en condiciones estándar. Su punto de ebullición es de 21,2°C. Además, puede usarse como aditivo para combustibles, por ejemplo, como propulsor de cohetes.

El monóxido de carbono (CO) también es un gas en condiciones normales, y tiene un punto de ebullición de -191,5 °C. Puede llegar a ser muy peligroso, ya que, por ejemplo, cuando una persona se intoxica con CO, estas moléculas de monóxido de carbono se unen a la hemoglobina, en lugar de a las moléculas de oxígeno.

Ya hemos visto las diferencias entre los compuestos iónicos y moleculares, así que veamos un ejemplo para saber cuándo nos encontramos con una molécula:

Enlace metálico

Ya sabemos cómo se unen dos no metales y cómo se unen un metal y un no metal. Pero, ¿cómo se unen dos metales? Como su nombre indica, utilizan el llamado enlace metálico. Ya hemos visto antes la definición, pero recordémosla:

Para conseguir una capa exterior completa, cada átomo metálico renuncia a sus electrones de valencia y se convierte en un ion metálico positivo. Los electrones forman un mar de deslocalización que rodea a los iones metálicos, y toda la estructura se mantiene unida por la atracción electrostática entre los iones positivos y los electrones negativos.

Propiedades de las sustancias con enlace metálico

A continuación, vamos a centrarnos en las propiedades de las sustancias con enlaces metálicos:

• Al igual que los compuestos iónicos, los metales forman redes gigantescas. Tendemos a hablar de ellos como un conjunto de iones metálicos positivos en un mar de electrones deslocalizados, unidos por una fuerte atracción electrostática. Debido a esta fuerte atracción, los metales tienen puntos de fusión y ebullición de medios a altos.
• Sin embargo, a diferencia de los compuestos iónicos, los metales suelen ser maleables y dúctiles. Los hierros positivos de los metales están dispuestos en filas, amortiguados por el mar de electrones, y pueden deslizarse unos sobre otros. Esto significa que los metales pueden moldearse a martillazos y estirarse para formar alambres.
• El mar de electrones deslocalizados también ayuda a los metales a conducir la electricidad. Los electrones pueden desplazarse libremente por el conjunto de iones metálicos positivos, por lo que pueden transportar una carga. Los metales son buenos conductores del calor y la electricidad. También son insolubles en agua.
• Por último, la unión de los metales contribuye a su aspecto brillante y lustroso. Al iluminar un metal, se excitan algunos electrones deslocalizados en el exterior de la estructura. Para volver a su estado básico, liberan energía en forma de luz, emitiendo un brillo resplandeciente.

Comparación de las características de las sustancias con distintos enlaces

Observar las propiedades de una especie suele ser una indicación útil de su tipo de unión. Esto resulta especialmente útil cuando se analizan especies que se alejan de las tendencias habituales.

Aquí tienes una tabla que compara los distintos tipos de enlace y las estructuras y propiedades asociadas a ellos: