Química

Propiedades de los compuestos covalentes (con ejemplos)

Las propiedades de los compuestos covalentes estriban en muchos factores que dependen en esencia de las estructuras moleculares. Para empezar, el enlace covalente debe unir sus átomos y no puede haber cargas eléctricas; de lo contrario, se estaría hablando de compuestos iónicos o de coordinación.

En la naturaleza existen demasiadas excepciones en las cuales la línea divisoria entre los tres tipos de compuestos se vuelve difusa; en especial, cuando se consideran las macromoléculas, capaces de abrigar regiones tanto covalentes como iónicas. Pero, por lo general, los compuestos covalentes crean unidades o moléculas sencillas e individuales.

Los gases que componen la atmósfera y las brisas que golpean las costas playeras no son más que múltiples moléculas que respetan una composición constante. El oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, son moléculas discretas con enlaces covalentes y están íntimamente involucradas con la vida del planeta.

Y por el lado marino, la molécula de agua, O-H-O, es el ejemplo por excelencia de un compuesto covalente. En la costa se le puede apreciar encima de las arenas, las cuales son una compleja mezcla de óxidos de silicio erosionados. El agua es líquida a temperatura ambiente, y esta propiedad será importante tenerla en mente para otros compuestos.

Índice del artículo

Enlace covalente

Se mencionó en la introducción que los gases citados poseen enlaces covalentes. Si se echa un vistazo a sus estructuras moleculares, se verá que sus enlaces son dobles y triples: O=O, N≡N y O=C=O. En cambio, otros gases presentan enlaces simples: H-H, Cl-Cl, F-F y CH4 (cuatro enlaces C-H con geometría tetraédrica).

Una característica de estos enlaces, y por consiguiente de los compuestos covalentes, es que son fuerzas direccionales; va de un átomo al otro, y sus electrones, a menos que haya resonancia, están localizados. Mientras que en los compuestos iónicos, las interacciones entre dos iones son no direccionales: atraen y repelen a los demás iones aledaños.

Lo anterior implica inmediatas consecuencias sobre las propiedades de los compuestos covalentes. Pero, referente a sus enlaces, se puede, siempre que no haya cargas iónicas, afirmar que un compuesto con enlaces simples, dobles o triples es covalente; y más aún, cuando estos se tratan de estructuras de tipo cadena, encontradas en hidrocarburos y polímeros.

Si en dichas cadenas no hay cargas iónicas, como en el polímero de teflón, se dice que se tratan de compuestos covalentes puros (en un sentido químico y no de composición).

Independencia molecular

Al ser los enlaces covalentes fuerzas direccionales, siempre terminan definiendo una estructura discreta, en lugar de un arreglo tridimensional (como ocurre con las estructuras y redes cristalinas). De los compuestos covalentes pueden esperarse moléculas pequeñas, medianas, anulares, cúbicas, o con cualquier otro tipo de estructura.

Entre las moléculas pequeñas, por ejemplo, están la de los gases, el agua, y otros compuestos tales como: I2, Br2, P4, S8 (con estructura tipo corona), As2, y los polímeros de silicio y carbono.

Cada uno de ellos tiene su propia estructura, independiente de los enlaces de sus vecinas. Para recalcar esto, se considera el alótropo de carbono, fullereno, C60:

Nótese que tiene forma de balón de fútbol. Si bien los balones pueden interactuar entre sí, son sus enlaces covalentes los que definieron esa simbólica estructura; es decir, no hay una red fundida de balones cristalinos, sino separados (o compactados).

Sin embargo, las moléculas en la vida real no están solas: interaccionan unas con otras para establecer un gas, líquido o sólido visibles.

Fuerzas intermoleculares

Las fuerzas intermoleculares que mantienen unidas las moléculas individuales dependen en inmensa medida de su estructura.

Los compuestos covalentes apolares (como los gases), interaccionan mediante cierto tipo de fuerzas (dispersión o London), mientras que los compuestos covalentes polares (como el agua), interaccionan por otro tipo de fuerzas (dipolo-dipolo). Todas estas interacciones tienen algo en común: son direccionales, al igual que los enlaces covalentes.

Por ejemplo, las moléculas de agua interaccionan mediante puentes de hidrógeno, un tipo especial de fuerzas dipolo-dipolo. Ellas se posicionan de tal manera que los átomos de hidrógeno apunten hacia el átomo de oxígeno de una molécula vecina: H2O — H2O. Y por lo tanto, dichas interacciones presentan una dirección específica en el espacio.

Al ser las fuerzas intermoleculares de los compuestos covalentes puramente direccionales, hace que sus moléculas no puedan cohesionar de manera tan eficiente como los compuestos iónicos; y el resultado, puntos de ebullición y fusión que tienden a ser bajos  (T 300°C).

Consecuentemente, los compuestos covalentes a temperatura ambiente suelen ser gaseosos, líquidos o sólidos blandos, ya que sus enlaces pueden rotar, otorgando flexibilidad a las moléculas.

Solubilidad

La solubilidad de los compuestos covalentes va a depender de la afinidad soluto-solvente. Si son apolares, serán solubles en solventes apolares tales como diclorometano, cloroformo, tolueno y tetrahidrofurano (THF); si son polares, serán solubles en solventes polares, como los alcoholes, agua, ácido acético glacial, amoníaco, etc.

Sin embargo, más allá de tal afinidad soluto-solvente, hay una constante en ambos casos: las moléculas covalentes no rompen (salvo ciertas excepciones) sus enlaces ni disgregan sus átomos. Las sales, por ejemplo, sí se destruye su identidad química al disolverse, solvatándose sus iones por separado.

Conductividad

Al ser neutros, no aportan un medio adecuado para que haya migración de electrones, y por tanto, son malos conductores de la electricidad. No obstante, algunos compuestos covalentes, como los halogenuros de hidrógeno (HF, HCl, HBr, HI) disocian su enlace para originar iones (H+: F–, Cl–, Br–…) y se transforman en ácidos (hidrácidos).

Asimismo, son malos conductores del calor. Esto se debe a que sus fuerzas intermoleculares y las vibraciones de sus enlaces absorben parte del calor suministrado antes de que sus moléculas aumenten su energía.

Cristales

Los compuestos covalentes, siempre que sus fuerzas intermoleculares se los permita, pueden ordenarse de tal manera que crean un patrón estructural; y así, un cristal covalente, sin cargas iónicas. Así, en lugar de una red de iones se tiene una red de moléculas o de átomos enlazados covalentemente.

Ejemplos de estos cristales se tiene: azúcares en general, yodo, ADN, óxidos de sílice, diamantes, ácido salicílico, entre otros. Con excepción del diamante, estos cristales covalentes tienen puntos de fusión muchos menores que los de los cristales iónicos; es decir, las sales inorgánicas y orgánicas.

Estos cristales contradicen la propiedad de que los sólidos covalentes tienden a ser blandos.

Referencias

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
  2. Leenhouts, Doug. (13 de marzo de 2018). Characteristics of Ionic and Covalent Compounds. Sciencing. Recuperado de: sciencing.com
  3. Toppr. (s.f.). Covalent compounds. Recuperado de: toppr.com
  4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 de diciembre de 2018). Covalent or Molecular Compound Properties. Recuperado de: thoughtco.com
  5. Wyman Elizabeth. (2019). Covalent compounds. Study. Recuperado de: study.com
  6. Ophardt C. (2003). Covalent compounds. Virtual Chembook. Recuperado de: chemistry.elmhurst.edu
  7. Dr. Gergens. (s.f.). Organic Chemistry : The Chemistry of Carbon Compounds. [PDF]. Recuperado de: homework.sdmesa.edu
  8. Quimitube. (2012). Propiedades de las sustancias covalentes moleculares. Recuperado de: quimitube.com