APRENDIENDO SOBRE LAS FÓRMULAS QUÍMICAS
Hola, espero te encuentres muy bien, el día de hoy continuaremos con otro tema de estudio relacionado a la Química Orgánica y al átomo de carbono, aquí se desarrollarán contenidos que son de importancia para lograr entender todo lo que ocurre a nuestro alrededor, anteriormente aprendiste sobre los conceptos básicos, algunas características de la química orgánica y un poco más sobre el elemento base de este tipo de química, el carbono.
El gran número de
compuestos orgánicos y la tremenda variedad de sus tamaños y estructuras hace
necesaria una mínima sistematización en su nomenclatura. La IUPAC (Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada) diseñó unas normas que se basan
fundamentalmente en la utilización de prefijos que indican el número de átomos
de carbono de las cadenas carbonadas y sufijos para informar sobre la presencia
de los diversos grupos funcionales, que se convierten en prefijos específicos
cuando no actúan como grupo principal en los compuestos polifuncionales.
Además, existen varios tipos de fórmulas químicas orgánicas que se
desarrollarán a lo largo de esta guía.
Veremos más despacio las normas básicas de formulación de las funciones orgánicas más representativas. Para comenzar quisiera que respondieras estas 2 interrogantes, obsérvalas, analízalas y reflexiónalas:
1.
Al escribir una fórmula química ¿Qué
representan los guiones que acompañan la fórmula?
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2.
¿Qué información se puede obtener de
una fórmula química?
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Una vez culminada esta actividad te voy a plantear de manera explícita el tema con el que trabajaremos en esta unidad de estudio; acá aprenderemos sobre el enlace químico, los tipos de enlace, las fórmulas químicas y sus tipos, Presta mucha atención:
ENLACES QUÍMICOS
Es un hecho que los átomos que forman la materia tienden a unirse a través de diversos métodos que equilibran o comparten sus cargas eléctricas naturales para alcanzar condiciones más estables que cuando están separados. Los enlaces químicos constituyen la formación de moléculas orgánicas e inorgánicas y, por tanto, son parte de la base de la existencia de los organismos vivos.
Un enlace químico es la fuerza que une a los átomos para formar compuestos químicos. Esta unión le confiere estabilidad al compuesto resultante. En este proceso los átomos ceden o comparten electrones de la capa de valencia (la capa externa de un átomo donde se determina su reactividad o su tendencia a formar enlaces), y se unen constituyendo nuevas sustancias homogéneas.
¿POR QUÉ SE FORMA UN ENLACE QUÍMICO?
Para saber cómo se forman enlaces químicos, primero tienes que entender qué es un átomo y cómo se comporta.
Un átomo está formado por un núcleo rodeado de electrones, que tienen carga negativa. Al tener cargas opuestas, estas dos partes del átomo se atraen entre ellas. Sin embargo, por esta misma razón los electrones también se ven atraídos hacia los núcleos de otros átomos.
REGLA DEL OCTETO
Los átomos tienden a formar enlaces químicos porque
cuando se unen a otros átomos alcanzan una situación más estable, es decir, la
que les supone un consumo de energía menor. Esto ocurre cuando el número de
electrones de su último nivel es igual a ocho, lo que se conoce como la regla
del octeto. Es cierto que no es una norma que se pueda aplicar a todos los
átomos, pero sí a la mayoría.
Para entender un poco más sobre esta regla es
importante conocer sobre la configuración electrónica: en química, la
configuración electrónica indica la manera en la cual los electrones se
estructuran, comunican u organizan en un átomo de acuerdo con el modelo de
capas electrónicas, en el cual las funciones de ondas del sistema se expresan
como un producto de orbitales antisimetrizado. La configuración electrónica es
importante, ya que determina las propiedades totales de combinación química de
los átomos, por lo tanto, su posición en la tabla periódica de los elementos.
En esta imagen se muestra como se compone la configuración electrónica de un elemento químico.
En donde se explica que el número (1) representa el Nivel de Energía en
el cual está ubicado el electrón, la letra (s)
representa el subnivel, y el superíndice (2)
que indica la cantidad de electrones que están ubicados en ese subnivel.
Acá se muestra un ejemplo de la configuración
electrónica de los elementos Sodio (Na) y
Bromo (Br), en donde se toma en
cuenta el número atómico del elemento, y se resuelve a través de la regla de
las diagonales o también llamada el método de la lluvia, llegando a la
conclusión de que los electrones que permanecen en el último nivel de energía,
es la cantidad de electrones que tiene ese elemento para ceder o compartir y formar
enlaces químicos.
TIPOS DE ENLACES QUÍMICOS
Los principales tipos de enlaces químicos entre átomos son tres: enlaces iónicos, covalentes y metálicos. Se trata de enlaces fuertes y duraderos, que unen a un átomo con otro átomo o grupo de átomos. El tipo de enlace que se genere influirá fuertemente en las propiedades de los compuestos químicos formados.
ENLACES IÓNICOS
Los
enlaces iónicos ocurren cuando un átomo gana o pierde electrones. Como
resultado de esta transferencia de electrones, se forman iones o, lo que es lo
mismo, partículas cargadas. Estos iones pueden tener carga negativa (los
conocemos como aniones) o positiva (cationes).
Para explicarte cómo se forma un enlace iónico, veremos algunos ejemplos de enlaces iónicos. Un caso claro es el que se da entre un átomo de cloro (Cl) y uno de sodio (Na) que, como sabes, forman el compuesto químico llamado cloruro de sodio, más conocido como la sal de mesa (NaCl). El sodio solo tiene un electrón mientras que el cloro tiene siete electrones. Por lo tanto, para crear un enlace iónico, el sodio entrega su electrón al cloro, satisfaciendo así la regla del octeto.
Además, al perder un electrón, el átomo de sodio se ha convertido en un catión, con carga positiva, mientras que el cloro, al ganar un electrón, tendrá carga negativa. Al tener cargas opuestas, se atraen intensamente, quedando unidos por un enlace iónico.
PROPIEDADES DEL ENLACE IÓNICO
Por lo general, los compuestos de enlaces iónicos forman sólidos cristalinos y se rompen con facilidad. Este es precisamente el caso de la sal de mesa. Además, estos compuestos suelen tener puntos de fusión elevados y son solubles en agua.
Una de las propiedades del enlace iónico más características tiene que ver con la conducción de la electricidad y los estados de la materia. Aunque en estado sólido no son conductores, esto cambia cuando están en estado líquido o en una disolución, debido a los iones móviles.
ENLACES COVALENTES
Otro modo que tienen los átomos para formar enlaces químicos es compartiendo electrones. De esta manera, crean enlaces covalentes. Los electrones no se quedan inmóviles en un punto, sino que se mueven entre los átomos. Esto da lugar a los principales tipos de enlaces covalentes: el enlace covalente polar y el apolar.
En
el caso del enlace covalente polar, los átomos comparten electrones de forma no
equitativa, lo que significa que estos pasan más tiempo cerca de un átomo que
de otro. Por otro lado, en el enlace covalente apolar la repartición de los
electrones es más igualitaria.
Veamos cómo se forma un enlace covalente al mismo tiempo que conocemos uno de los ejemplos de enlaces covalentes más comunes: el agua. Como sabes el agua es una molécula formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), que da lugar al compuesto químico H2O. En este caso, se forma un enlace covalente porque cada átomo de hidrógeno comparte un electrón con el átomo de oxígeno. A su vez, este último comparte un electrón con cada uno de los átomos de hidrógeno.
PROPIEDADES DEL ENLACE COVALENTE
Los
compuestos covalentes suelen darse entre elementos similares o no metales.
Además, no son buenos conductores de la electricidad.
Los enlaces covalentes permiten que los átomos se agrupen en moléculas y, de hecho, son habituales en las moléculas orgánicas de los organismos vivos, como el ADN.
ENLACES METÁLICOS
Como
dice su nombre, los enlaces metálicos se forman entre átomos de metales. En
estos casos los átomos se organizan en una estructura conocida como el mar de
electrones.
La estructura del enlace metálico se debe a que los átomos de los metales tienen pocos electrones en la última capa, que pierden fácilmente. Como resultado, se convierten en cationes que se distribuyen por el espacio formando una especie de red, mientras que los electrones que han perdido crean a su alrededor una nube de electrones que puede moverse por toda la red. Así los cationes, con carga positiva, queden unidos mediante la nube de electrones, con carga negativa, que los envuelve.
Los metales son los elementos más abundantes en la tabla periódica, por lo que te será sencillo encontrar ejemplos de enlaces metálicos. Algunos de los más comunes son el hierro, el aluminio o el cobre. Por ejemplo, un átomo de hierro es simplemente un átomo, pero cuando se une con otros átomos del mismo elemento lo hace formando la red de átomos envueltos por electrones de la que te hemos hablado. Es decir, el enlace metálico.
PROPIEDADES DEL ENLACE METÁLICO
Esta peculiar estructura en red explica muchas de las propiedades del enlace metálico. Por ejemplo, como los electrones pueden moverse con mucha facilidad, los metales son buenos conductores de la electricidad. También explica la alta maleabilidad y ductilidad de los metales. Otra de las propiedades de los metales más características es su elevado punto de fusión, razón por la que a temperatura ambiente los encontramos en estado sólido.
¿QUÉ ES UNA FÓRMULA QUÍMICA?
Una fórmula química es una expresión gráfica de los elementos que componen un compuesto químico cualquiera. Las fórmulas expresan los números y las proporciones de sus átomos respectivos y, en muchos casos, también el tipo de enlaces químicos que los unen. A cada molécula y/o compuesto conocido le corresponde una fórmula química, así como un nombre a partir de ella de acuerdo a las reglas de la nomenclatura química.
TIPOS DE FÓRMULAS QUÍMICAS
Existen diversos tipos de fórmulas químicas, cada uno enfocado en cierto tipo de información, pero en líneas generales todas sirven para comprender la naturaleza química de las sustancias y para expresar lo que ocurre durante una reacción química determinada, en la que algunos elementos o compuestos se transforman en otros.
FÓRMULA EMPÍRICA
En química la fórmula empírica es una expresión que representa los átomos que forman un compuesto químico sin atender a su estructura. Es por tanto la representación más sencilla de un compuesto.
FÓRMULA MOLECULAR
La fórmula molecular indica el tipo de átomos presentes en un compuesto molecular, y el número de átomos de cada clase. Sólo tiene sentido hablar de fórmula molecular en compuestos covalentes. Así la fórmula molecular de la glucosa es C6H12O6, lo cual indica que cada molécula está formada por 6 átomos de C, 12 átomos de H y 6 átomos de O, unidos siempre de una determinada manera.
FÓRMULA SEMIDESARROLLADA
La
fórmula semidesarrollada es similar a la anterior, pero indicando los enlaces
entre los distintos grupos de átomos para resaltar, sobre todo, los grupos
funcionales que aparecen en la molécula. Es muy usada en química orgánica,
donde se puede visualizar fácilmente la estructura de la cadena carbonada y los
diferentes sustituyentes. Así, la glucosa tendría la siguiente fórmula
semidesarrollada:
FÓRMULA DESARROLLADA
La fórmula desarrollada es más compleja que la fórmula semidesarrollada. Indica todos los enlaces representados sobre un plano cartesiano, que permite observar ciertos detalles de la estructura que resultan de gran interés.
FÓRMULA ESTRUCTURAL
Para representar las moléculas ya no solo en su estructura y organización sino además en su forma espacial, hace falta una fórmula todavía más compleja, que emplea perspectivas bi o tridimensionales.
Después de este contenido se puede entender que es relevante conocer la forma en la que un compuesto químico es capaz de enlazarse y que estos enlaces se pueden ver manifestados en unos tipos de fórmulas específicas, que probablemente no lo puedes observar en tu entorno, pero si forma parte de su composición interna. Es por ello que ahora más que nunca debes prestar atención a cada contenido que veremos en el futuro, es por ello que confiando en tu reflexión te invito a que:
Realices la
configuración electrónica y configuración atómica de cada uno de estos
elementos.
1.
Cobre (Cu)
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2.
Hierro (Fe)_______________________________________________
3.
Carbono (C)
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4.
Cloro (Cl)
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5.
Litio (Li)
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6. Nitrógeno (N) ____________________________________________
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