Enlace químico

Un enlace químico es la fuerza que une o enlaza a dos átomos, sean iguales o distintos.

Los enlaces se pueden clasificar en tres grupos principales: enlaces iónicos y enlaces covalentes. 

Se producen como resultado de los movimientos de los electrones de los átomos, sin importar el tipo de enlace que se forme. Pero no cualquier electrón puede formar un enlace, sino solamente los electrones del último nivel energético (el más externo). A estos se los llama electrones de valencia.
Los enlaces químicos son los responsables de las propiedades físicas y químicas de todas las sustancias que se conocen; si las sustancias son iónicas se forman estructuras cristalinas y si son covalentes se forman moléculas.

·       Tipos de enlace

·   Enlaces iónicos: se presenta entre átomos que poseen gran diferencia de electronegatividad, es decir, entre metales y no metales.

Los metales (electropositivos) ceden los electrones de su último nivel transformándose en catiónes. Los no metales aceptan los electrones y se transforman en aniónes (partículas cargadas negativamente).

Las sustancias iónicas son sólidos cristalinos formados por iónes compactos, y no forman moléculas.

En estado sólido no conducen la corriente eléctrica, pero disueltos, los iónes adquieren movilidad y se convierten en muy buenos conductores.

·       Enlace covalente: se da entre elementos no metálicos. Éstos si tienen una diferencia de electronegatividad entre 0 y 1,7 no forman iónes, sino que comparten los electrones del último nivel de energía para alcanzar el OCTETO.

El enlace covalente puede ser simple (se comparte un par de electrones), doble (se comparte dos pares de electrones) o triple (se comparten tres pares de electrones); y se forman moléculas.

Cuando un átomo presta un electrón, siempre se forma un par de electrones compartidos. 

Existen diferentes tipos de enlace covalente, éstos son los siguientes:

· Enlace covalente pura o no polar: se presenta entre átomos donde la diferencia de electronegatividad da 0.

·  Enlace covalente polar: se presenta entre átomos no metálicos, que pueden ser de diferentes elementos.

La distribución de los átomos en el espacio hacen que las moléculas sean polares o no polares, pero esto no interfiere en el enlace.

·       Enlace covalente coordinado o dativo: se presenta entre dos o más elementos no metálicos, en éste tipo, uno de los átomos otorga, a la unión, un par de electrones; el otro agarra ese par de electrones sin aportar nada al enlace.

Teoría de TRePEV

TRePEV significa “Teoría de repulsión de pares de electrones de valencia”.

Los pares de electrones de valencia alrededor de un átomo se repelen mutuamente, y por esto, adoptan una disposición espacial que minimiza esta repulsión, determinando la geometría molecular. 

El modelo de estructuras de Lewis, no permite predecir los ángulos que forman entre sí los enlaces en la molécula, sin embargo, TRePEV sí lo permite. Éste es un modelo, en química, que apunta a representar la forma de moléculas individuales, basado en el grado de repulsión electrostática de los pares de electrones. Para lograr esto, es necesario construir una estructura de Lewis que muestre todas las uniones dentro de la molécula y la ubicación de los pares sueltos de electrones. Para predecir la geometría molecular, el número de coordinación (de un átomo, en un compuesto químico, es el número de átomos unidos directamente a él) del átomo central también es tomado en cuenta.

Los postulados principales son:

1. Los electrones de valencia del átomo central de una molécula o ion, en general, se distribuyen de a pares a su alrededor.

2. Los pares electrónicos se repelen entre sí. Por eso se orientan de tal modo que ocupan en el espacio las posiciones que se encuentren a la mayor distancia posible, lo que reduce al mínimo la repulsión entre ellos. De este modo se logra una mayor estabilidad.

3. Los pares de electrones libres se repelen con mayor intensidad que los pares compartidos. Por eso ocupan más espacio.

4. El efecto sobre la geometría de los pares compartidos simples (comunes o dativos), dobles o triples es equivalente. En otras palabras, los enlaces simples, dobles o triples que rodean al átomo central se consideran como equivalentes.

Según los postulados se puede predecir en general, no en todos los casos, y de manera bastante satisfactoria; la geometría de diversas moléculas.

Para determinar las geometrías moleculares y la distribución de los pares de electrones, se consideran tres tipos de moléculas:

a) Los pares de electrones alrededor del átomo central están todos compartidos. Pares enlazantes.

b) Hay pares de electrones sin compartir alrededor del átomo central. Pares no enlazantes.

c) Moléculas con dobles y triples enlaces alrededor del átomo central.

La siguiente tabla es la estructura molecular según TRePEV:

PH en la vida

El símbolo pH es utilizado mundialmente para hacer referencia a la fórmula del potencial de hidrógeno, es decir, la cantidad de hidrógeno que existe en una solución. Así, las diferentes sustancias con las que podemos entrar en contacto poseen un nivel de pH diferenciado que los caracteriza y que los hace especialmente útiles o beneficiosos para determinados casos.

La escala del pH se establece en torno a lo que se considera el nivel medio: el agua. Este recurso natural posee una acidez y una alcalinidad nula, por lo cual se considera el punto medio entre los dos extremos, el ácido y el alcalino.

En la escala del 0 al 6.9 se habla de los elementos o sustancias más ácidas; mientras que del 7.1 al 14 se habla de los elementos o sustancias más básicas o alcalinas; y el 7.0 es nulo Tal como se ve en la siguiente imagen: 

La importancia del pH en los procesos biológicos es muy grande, ya que es uno de los factores para que se lleven a cabo las miles de reacciones químicas en un organismo, por ejemplo las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones química en los seres vivos, y estas se ven alterado su funcionamiento en base al pH y a otro factor también importante, que es la temperatura.

Estos dos factores tienen que estar muy bien regulados por el organismo, ya que de ellos depende tanto la velocidad de la reacción enzimática como que se lleve a cabo o no dicha reacción.

En cuanto a la concentración de iones H+, los cambios de pH afectan el estado iónico de la enzima y del sustrato. Existe un pH en el que se obtiene una actividad óptima de las enzimas dependiendo del estado de carga de la propia enzima y del sustrato.

El cuerpo humano esta formado por 75% agua, es decir, el valor de su PH es muy valioso para todas y cada una de las funciones de todos nuestros órganos para sustentar la vida.

El valor del PH en el cuerpo determina el estado de cada uno de nuestros órganos y por consecuencia de cada una de las funciones.

El PH en el organismo es la base de un cuerpo sano o enfermo.

El valor del PH en el cuerpo esta relacionado directamente con la salud  y bienestar de una persona.

Toda enfermedad actual es resultado de un desequilibrio, se ha demostrado que todo desequilibrio en la salud se genera en un ambiente ácido, es decir, en un valor que va de 6.9 a 0 de PH.

El cuerpo humano por naturaleza, necesita estar en un equilibrio armónico  para gozar de salud y bienestar, dicho equilibrio se encuentra en el valor neutro y ligeramente alcalino del cuerpo, es decir un valor que va de 7 a 10 en la escala del PH.

PH en la industria

En la mayoría de los procesos industriales es muy importante el control de los niveles de pH que presenten los productos que son elaborados o las soluciones que serán utilizadas para alguna parte del proceso.

Su medición se emplea normalmente como indicador de calidad, es por ello que su regulación es muy importante.

Importancia del pH en aplicaciones industriales

La inspección y regulación del pH es de vital importancia en muchas de las aplicaciones industriales por su empleo constante en los subprocesos. Las aplicaciones se encuentran en muchos campos tales como: tratamiento y neutralización de aguas residuales para su posterior utilización, regulación de acidez y control de activación de bacterias en la cerveza, entre otros.

·        Neutralización de aguas residuales:

Como aguas residuales se les conoce a los residuos líquidos provenientes de las distintas áreas y procesos de cada industria. Si esta agua fuera directamente arrojada al medio ambiente, se produciría una contaminación ambiental masiva, ya que normalmente es portadora de productos químicos muy dañinos para la persona y plantas.

Por ello nace la necesidad de procesarla en una planta de tratamiento de aguas residuales o efluentes, en las que se aplican tratamientos físicos, biológicos y químicos, para arrojarla sin los residuos dañinos.

1) Etapa física: tiene por objetivo el asentamiento de sólidos pesados, reducción de aceites, grasas y arenas.

2) Etapa biológica: tiene por objetivo degradar las bacterias y otros contenidos biológicos de las aguas residuales.

3) Etapa química: se aplica un proceso de desinfección cuyo objetivo es llevar el agua a los estándares aprobados por cada legislación antes de su descarga.  Acá se emplea la medida y regulación de pH, siendo muy importante para cumplir dichos estándares.

·        Control de pH en los productos en la industria alimentaria:

Los niveles de pH son muy importantes en la elaboración de los productos alimenticios, ya que sirve como indicador de condiciones higiénicas en el proceso de transformación del producto. Por ello, en ocasiones se elige que un producto tenga un valor bajo de pH lo que permite aumentar su tiempo de conservación.

Para eliminar los agentes patógenos indeseados, se utilizan bactericidas, que tardan en eliminar los microorganismos. La concentración iónica del hidrógeno afecta a esos microorganismos y también a la acción de los bactericidas, por lo tanto el índice de pH influye directamente en el control aplicado para evitar la activación de microorganismos y bacterias.

PH en el ambiente

El pH puede servir para saber cuándo una sustancia es muy peligrosa para la vida.

El pH de la humedad del suelo afecta la disponibilidad de nutrientes para las plantas. Muchas plantas prefieren un suelo ligeramente ácido (pH entre 4.5 y 5.5), mientras que otras prefieren un suelo menos ácido (pH entre 6.5 y 7).

Los suelos altamente ácidos alcanzan concentraciones de elementos químicos tóxicos para las plantas.

El pH del agua afecta la vida terrestre y acuática. El agua de los lagos, lagunas y ríos sanos generalmente tiene un pH entre 6 y 8. La mayoría de los peces tolera el agua con pH entre 6 y 9. Los peces más robustos y fuertes generalmente mueren en pH más bajos y más altos. Los sapos y otros anfibios son más sensibles al pH que muchos peces.

Redox como fundamento de importantes procesos químicos

REDOX

Es la abreviatura que hace referencia a las reacciones de oxidación-reducción, las cuales incluyen un gran número de transformaciones químicas, con especial importancia práctica, como: la oxidación de los metales al contacto con el aire, la combustión de diversas sustancias, los procesos electrolíticos, la producción energética de las pilas, etc.

Estas reacciones son aquellas donde hay movimiento de electrones, desde una sustancia que cede electrones (reductor) a una sustancia que capta electrones (oxidante).

        ·         La sustancia que cede electrones, se oxida.

        ·         La sustancia que gana electrones, se reduce.

La sustancia que se oxida (reductor) provoca la reducción de la otra sustancia porque le esta cediendo electrones, mientras que la sustancia que se reduce (oxidante) provoca la oxidación de la otra porque esta captando esos electrones cedidos, es decir, se los esta quitando.

De manera sencilla:

·   Sustancia cede electrones = se oxida = es reductor.

·   Sustancia capta electrones = se reduce = es oxidante.

Una aplicación diaria de estas reacciones son en las pilas que se usan en los distintos aparatos como: despertadores, calculadoras, relojes, celulares, etc.

Éstas reacciones llevan a la modificar el estado de oxidación de los compuestos.

Se conoce como número o estado de oxidación a la cantidad de electrones que, a la hora de la formación de un enlace, un átomo gana o pierde. En la reacción de reducción, el número de oxidación cae (el elemento suma electrones), mientras que en la reacción de oxidación se incrementa (el elemento cede electrones).

La gestión de las reacciones redox es muy relevante en diversos ámbitos industriales. A través de estos cambios en los compuestos, es posible tomar medidas para minimizar la corrosión de un elemento o para obtener ciertos productos a partir de la reducción de un mineral.

Resumen:

·          Reacción de oxidación-reducción: es la reacción que tiene lugar mediante la transferencia de electrones.

·          Oxidación: es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico cede electrones, lo que hace que aumente su índice de oxidación.

·          Reducción: es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico capta electrones, lo que hace que se logre una disminución de su índice de oxidación.