¿Alguna vez te has preguntado por qué nos cuesta tanto fundir un pedazo de hierro y, sin embargo, podemos hervir fácilmente agua en nuestra casa? Quizás, también te has preguntado ¿por qué algunos materiales, como el cristal, se rompen tan fácilmente si se nos escurren y se caen al suelo; en cambio, una piedra no se suele romper si se nos cae de las manos. Bien, pues esto se debe a las propiedades macroscópicas de los compuestos que forman la materia. Si esto te interesa, ¡Sigue leyendo para descubrir más!
- Este artículo trata sobre las propiedades macroscópicas de los compuestos moleculares.
- En primer lugar, veremos la definición de compuesto químico.
- Posteriormente, estudiaremos qué tipos de enlace pueden existir entre los átomos que forman los compuestos.
- Luego, analizaremos los compuestos iónicos y moleculares, así como sus propiedades macroscópicas y algunos ejemplos.
- Para terminar, veremos qué son los compuestos metálicos y las propiedades de las sustancias que tienen enlace metálico.
¿Qué es un compuesto químico?
Antes de empezar a analizar las propiedades macroscópicas de los compuestos moleculares, veamos la definición de compuesto químico:
Un compuesto químico es una sustancia química formada por, al menos, dos átomos de elementos de la tabla periódica.
Propiedades macroscópicas
Veamos ahora qué son las propiedades macroscópicas:
Las propiedades macroscópicas son aquellas que derivan de la organización de sus componentes; es decir, de como sus átomos están colocados y unidos. Esto depende principalmente del tipo de enlace de los átomos que forman las moléculas.
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:
Los enlaces covalentes son enlaces formados por un par de electrones compartidos.
Enlace iónico
Analicemos ahora qué es un enlace iónico:
Un enlace iónico es una fuerte atracción electrostática entre iones de carga opuesta. Estos iones se forman mediante la transferencia de electrones.
Enlace metálico
Para terminar, veamos la definición del último tipo de enlace: el enlace metálico.
El enlace metálico es un tipo de enlace químico que se da en los metales. Consiste en un conjunto de iones metálicos positivos en un mar de electrones deslocalizados.
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.
El cloruro sódico (NaCl) es un buen ejemplo de enlace iónico. Para conseguir una capa externa completa, el sodio necesita perder un electrón; entonces, lo dona al cloro, que necesita ganar uno. Así se forman iones de sodio positivos e iones de cloruro negativos, que se atraen entre sí mediante una fuerte atracción electrostática.
Figura 1: Enlace iónico en el cloruro sódico (NaCl). Observa que el sodio (Na) le cede un electrón al cloro (Cl). Como consecuencia, el sodio termina teniendo una carga positiva, por haber perdido un electrón, y el cloro una carga negativa, al haber ganado un electrón.
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.
Los compuestos moleculares son compuestos unidos por enlaces covalentes.
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:
Decide si los siguientes compuestos son iónicos o moleculares:
- Cu(NO3)2
- CCl4
- (NH4)2SO4
Para resolver esta pregunta, necesitas saber qué hace que un compuesto sea iónico o molecular. Antes hemos dicho que los compuestos iónicos están formados por un catión y un anión, mientras que los moleculares poseen enlaces covalentes.
- Cu(NO3)2
El Cu(NO3)2 es un compuesto iónico, porque el Cu2+ es un catión y el NO3- es un anión poliatómico conocido como carbonato.
2. CCl4
El CCl4 es un compuesto molecular, porque tanto el C como el Cl son no metales que se mantienen unidos por enlaces covalentes.
c. (NH4)2SO4
Aunque (NH4)2SO4 parece un compuesto molecular, recuerda que el ion amonio (NH4+) se considera un catión poliatómico, y el SO42- es un anión poliatómico. Como tenemos un catión y un anión, podemos decir que (NH4)2SO4 es un compuesto iónico.
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:
El enlace metálico es un tipo de enlace químico que se da en los metales. Consiste en un conjunto de iones metálicos positivos en un mar de electrones deslocalizados.
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.
Un ejemplo típico es el sodio (Na), que tiene un electrón en su capa externa. Cuando los átomos de sodio se unen, cada átomo pierde su electrón de la capa externa para formar un ion de sodio positivo. Los electrones forman un mar de deslocalización que rodea a estos iones metálicos. Observa la siguiente figura para entenderlo mejor:
Figura 3: Enlace metálico para el sodio (Na).
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.
Por ejemplo, el cloruro de berilio BeCl2 está formado por átomos de berilio (Be) y cloro (Cl). El berilio es un metal y el cloro es un no metal. Por eso, cabría esperar que se unieran iónicamente. Sin embargo, en realidad se unen covalentemente, formando una molécula covalente simple. Podemos deducirlo observando las propiedades de la molécula: el cloruro de berilio tiene puntos de fusión y ebullición bajos.
Aquí tienes una tabla que compara los distintos tipos de enlace y las estructuras y propiedades asociadas a ellos:
| Estructura | Macromolécula gigante covalente | Molécula simple covalente | Red iónica | Red metálica |
| Enlace | Covalente | Covalente | Iónico | Metálico |
| Puntos de fusión y ebullición | Alto | Bajo | Alto | Medio-Alto |
| Conductividad | Baja | Baja | Baja si se encuentra en estado sólido.Alta si está fundido o en disolución acuosa. | Alta |
| Fuerza | Normalmente dura y fuerte | Débil | Dura, fuertes, y frágil | Maleable y dúctil |
| Solubilidad en agua | Insoluble | Solubilidad variable | Soluble | Insoluble |
Compuestos moleculares - Puntos clave
- Un compuesto químico es una sustancia química formada por, al menos, dos átomos de elementos de la tabla periódica.
- Las propiedades macroscópicas son aquellas que derivan de la organización de sus componentes; es decir, de cómo sus átomos están colocados y unidos. Esto depende principalmente del tipo de enlace de los átomos que forman las moléculas.
- Los enlaces covalentes son enlaces formados por un par de electrones compartidos.
- Un enlace iónico es una fuerte atracción electrostática entre iones de carga opuesta. Estos iones se forman mediante la transferencia de electrones.
- El enlace metálico es un tipo de enlace químico que se da en los metales. Consiste en un conjunto de iones metálicos positivos en un mar de electrones deslocalizados.
- Las propiedades de los compuestos iónicos son:
- Forman entramados gigantes de estructura cristalina.
- Puntos altos de fusión y ebullición.
- Son duros y quebradizos.
- Son conductores de calor y de la electricidad.
- Las propiedades de los compuestos moleculares son las siguientes:
- Forman redes covalentes o moléculas simples covalentes.
- Cuando forman redes covalentes, los puntos de fusión y ebullición son altos, mientras que si forman moléculas simples covalentes, los puntos de fusión y ebullición son bajos.
- Son duros y resistentes.
- Son malos conductores de la electricidad.
- Las propiedades de los compuestos metálicos son:
- Forman redes gigantescas.
- Sus puntos de fusión y ebullición son entre medios y altos.
- Son maleables y dúctiles.
- Son conductores de la electricidad, además de ser conductores del calor.
- Son insolubles en agua.
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