El enlace metálico y las fuerzas entre moléculas

¿Para qué sirve esto?

Un cable de cobre se dobla sin partirse y lleva la corriente hasta el bombillo; un cristal de sal, en cambio, se rompe con un golpe. A temperatura ambiente el agua es líquida, pero el metano del gas de cocina, cuyas moléculas pesan casi lo mismo, es un gas. Estas diferencias no se explican con los enlaces que ya conoces dentro de cada molécula: hacen falta otras dos ideas, el enlace metálico y las fuerzas entre moléculas. Con ellas podrás predecir cuál de dos sustancias hierve a temperatura más alta sin buscar el dato.

Antes de empezar recuerda qué es una molécula polar y qué es un par libre.

El enlace metálico: un mar de electrones

Los átomos de un metal tienen pocos electrones de valencia y los retienen con poca fuerza. En un trozo de metal, cada átomo suelta sus electrones de valencia, que dejan de pertenecer a un átomo en particular y se mueven por todo el trozo. Lo que queda es una red ordenada de cationes sumergidos en un mar de electrones deslocalizados. La atracción entre los cationes y ese mar es el enlace metálico.

Este modelo sencillo explica las propiedades generales de los metales:

• Conducen la electricidad en estado sólido: los electrones del mar se desplazan cuando se conecta una pila. También conducen bien el calor.
• Son maleables y dúctiles: se pueden laminar o estirar en hilos. Cuando una capa de cationes se corre, el mar de electrones se acomoda y sigue uniéndolos; no quedan cargas iguales enfrentadas, como pasa en un cristal iónico, que por eso se parte.
• Tienen brillo cuando la superficie está limpia.

Entre molécula y molécula

Dentro de una molécula los átomos están unidos por enlaces covalentes, que son fuertes. Pero las moléculas también se atraen unas a otras, aunque con mucha menos fuerza. Esas atracciones son las fuerzas intermoleculares, y son las que mantienen juntas las moléculas de un líquido o de un sólido molecular.

Cuando el agua hierve, lo que se vence son esas atracciones entre moléculas: el vapor sigue siendo H₂O, no hidrógeno y oxígeno por separado. Hervir no rompe los enlaces de dentro de la molécula. Por eso, mientras más fuertes sean las fuerzas intermoleculares, más energía hace falta para separar las moléculas y más alto es el punto de ebullición.

Las tres fuerzas

Fuerzas de dispersión. Los electrones de una molécula se mueven sin parar, y en un instante pueden quedar más hacia un lado: aparece un dipolo momentáneo que induce otro en la molécula vecina, y las dos se atraen un instante. Actúan entre todas las moléculas, también entre las apolares, y crecen con el tamaño de la molécula: más electrones, más fácil deformar su nube y más intensa la atracción. Como las moléculas más grandes suelen tener más masa, la masa molar sirve de pista para comparar sustancias parecidas.

Fuerzas dipolo–dipolo. Entre moléculas polares, el extremo δ+ de una atrae el extremo δ− de la vecina. Se suman a las de dispersión.

Puente de hidrógeno. Es una atracción dipolo–dipolo especialmente fuerte. Ocurre cuando un hidrógeno está unido a un átomo muy electronegativo y pequeño (N, O o F) y se ve atraído por un par libre de un N, O o F de otra molécula. A pesar del nombre, no es un enlace covalente: es una atracción entre moléculas. Lo tienen el agua, el amoníaco y el fluoruro de hidrógeno, entre otros.

Cómo comparar

Para decidir cuál de dos sustancias moleculares hierve a temperatura más alta:

1. Si tienen masas molares parecidas, gana la que tiene fuerzas más fuertes: por lo general, puente de hidrógeno antes que dipolo–dipolo, y dipolo–dipolo antes que solo dispersión.
2. Si tienen el mismo tipo de fuerzas, por lo general hierve más alto la de mayor masa molar, porque sus fuerzas de dispersión son mayores.

Son reglas de comparación, no leyes: en moléculas muy grandes la dispersión puede pesar más que todo lo demás, y la forma de la molécula también influye. Por eso sirven para comparar sustancias parecidas, no para calcular el punto de ebullición.

En resumen

• En un metal, los cationes están sumergidos en un mar de electrones deslocalizados; eso explica que conduzcan la electricidad y que sean maleables y dúctiles.

• Las fuerzas intermoleculares son atracciones entre moléculas, mucho más débiles que los enlaces; al hervir una sustancia molecular se vencen ellas, no los enlaces de dentro de la molécula.

• Las fuerzas de dispersión actúan entre todas las moléculas y crecen con el tamaño; las dipolo–dipolo, entre moléculas polares; el puente de hidrógeno, cuando hay H unido a N, O o F.

• Con masas parecidas hierve más alto la sustancia de fuerzas más fuertes; con el mismo tipo de fuerzas, por lo general la de mayor masa molar.

Vocabulario

Enlace metálico

Unión entre los cationes de un metal y los electrones de valencia que se mueven libremente entre ellos.

Electrones deslocalizados

Electrones que no pertenecen a un átomo ni a un enlace en particular, sino a todo el trozo de metal.

Fuerza intermolecular

Atracción entre moléculas distintas; es mucho más débil que los enlaces dentro de cada molécula.

Fuerzas de dispersión

Atracciones débiles entre dipolos momentáneos; actúan entre todas las moléculas, también las apolares.

Puente de hidrógeno

Atracción fuerte entre un hidrógeno unido a N, O o F y un par libre de un átomo de N, O o F de otra molécula. También se llama enlace de hidrógeno.