Enlaces Y Tipos De Materiales

Enlaces y Tipos de Materiales

No existe una correspondencia exacta entre los diversos tipos de enlaces (iónicos, covalentes, metálicos y secundarios) y las familias de materiales (metálicos, cerámicos, poliméricos y moleculares). La siguiente figura ilustra esta cuestión.

- Los materiales metálicos poseen, obviamente, enlace metálico.

- La situación es algo más complicada para los materiales cerámicos. Bajo el nombre de cerámicos pueden incluirse:

- Sólidos que tienen un enlace completamente covalente (como es el caso del diamante y del silicio)

- Sólidos que poseen un enlace completamente iónico (como el NaCl)

- Sólidos con todas las gradaciones posibles entre enlace iónico y covalente.

- Además, existen también materiales cerámicos, como el grupo de los silicatos, en los que conviven enlaces claramente iónicos con otros manifiestamente covalentes. Se habla, en este caso, de materiales con enlace mixto.

- En los materiales moleculares intervienen tanto enlaces covalentes, como fuerzas secundarias.

- En algunos materiales poliméricos la situación es similar a la que sucede en los materiales moleculares. Sin embargo, otros materiales poliméricos forman retículos en donde el enlace es totalmente covalente.

Tipos de enlace

• Enlace iónico

El enlace iónico (o enlazamiento iónico) es el resultado de trasferencia de electrones (o paso de electrones) de un átomo a otro. El enlace iónico se forma entre un átomo electropositivo y uno electronegativo. El átomo electropositivo cede sus electrones y el átomo electronegativo los acepta. Como resultado de este proceso se forman iones positivos (con valencia +n1) y negativos (con valencia - n2) con configuraciones de capa cerrada. En estas condiciones, los iones con cargas +n1 y - n2 experimentan atracción mutua. La fuerza de repulsión se manifiesta cuando las configuraciones electrónicas de capa cerrada iónica comienzan a traslaparse.

En el contexto de la mecánica cuántica, los electrones de valencia pertenecientes originalmente a los átomos neutros se comparten entre los dos átomos que constituyen la molécula. Los electrones se comparten de tal manera que la densidad de probabilidad de los electrones en un volumen pequeño, en un punto del espacio y en un momento dado, es mayor en torno al átomo electronegativo y, por tanto, este átomo adquiere la carga negativa (como en la figura 3). Esta es la base de una propiedad cualitativa que lo químicos denominan electronegatividad. Para que la energía de atracción sea máxima y la energía de repulsión sea mínima, los vecinos inmediatos de un ion positivo (catión) deben ser iones negativos (aniones), y viceversa. Existe cierta libertad en cuanto al empaquetamiento de los iones unos alrededor de otros; por consiguiente, el enlace iónico carece de direccionalidad. No obstante, es necesario equilibrar las cargas positivas y negativas, tanto en términos locales y macroscópicos; en consecuencia, los electrones se localizan en el átomo electronegativo. Puesto que los electrones están localizados, la conductividad de los materiales iónicos es relativamente mala. Para que exista conductividad, los iones deben moverse con el campo eléctrico; pero, debido a que son pesados, se mueven con gran lentitud y son, por lo tanto, malos conductores térmicos y eléctricos a temperaturas bajas. La energía de enlace como consecuencia de la formación de enlaces iónicos es relativamente grande y, por ende, cabría esperar que los materiales fueran de alto punto de fusión. Los cerámicos son ejemplos de materiales con enlaces iónicos y se utilizan con gran eficacia para soportar ambientes de alta temperatura y como aisladores y dieléctricos, pero son muy frágiles a causa de la naturaleza localizada del enlace.

Fig. 3. Enlace iónico entre los átomos de cloro y sodio. La trasferencia de electrones de Na hasta Cl genera un catión (Na+) y una anión (Cl-). El enlace iónico se debe a la atracción coulómbica entre los iones de carga opuesta.

• Enlace covalente

El enlace iónico no es direccional. En oposición al el enlace covalente que es una naturaleza altamente direccional. El nombre “covalente” se deriva de la distribución compartida, cooperativa, de electrones de valencia entre dos átomos adyacentes. Una particularidad importante de estos enlaces es que se pueden formar entre átomos del mismo tipo, entre los

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