Compuesto químico

Un compuesto químico es una sustancia química formada por muchas moléculas idénticas (o entidades moleculares) formadas por átomos de más de un elemento unidos por enlaces químicos. Por lo tanto, una molécula que consta de átomos de un solo elemento no es un compuesto.

Hay cuatro tipos de compuestos, dependiendo de cómo se mantengan unidos los átomos constituyentes:

• moléculas unidas por enlaces covalentes
• compuestos iónicos que se mantienen unidos por enlaces iónicos
• compuestos intermetálicos unidos por enlaces metálicos
• ciertos complejos se mantienen unidos por enlaces covalentes coordinados.

Una fórmula química especifica el número de átomos de cada elemento en una molécula compuesta, usando las abreviaturas estándar para los elementos químicos y los subíndices numéricos. Por ejemplo, una molécula de agua tiene la fórmula H ₂ O que indica dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Muchos compuestos químicos tienen un identificador de número CAS único asignado por el Servicio de Resúmenes Químicos. A nivel mundial, se han registrado para su producción y uso más de 350 000 compuestos químicos (incluidas mezclas de productos químicos).

Un compuesto se puede convertir en una sustancia química diferente mediante la interacción con una segunda sustancia a través de una reacción química. En este proceso, los enlaces entre los átomos se pueden romper en cualquiera de las sustancias que interactúan o en ambas, y se pueden formar nuevos enlaces.

Definiciones

Cualquier sustancia que consta de dos o más tipos diferentes de átomos (elementos químicos) en una proporción estequiométrica fija puede denominarse compuesto químico; el concepto se entiende más fácilmente cuando se consideran sustancias químicas puras. Se deduce de que están compuestos de proporciones fijas de dos o más tipos de átomos que los compuestos químicos pueden convertirse, mediante una reacción química, en compuestos o sustancias, cada uno de los cuales tiene menos átomos. La proporción de cada elemento en el compuesto se expresa en una proporción en su fórmula química.Una fórmula química es una forma de expresar información sobre las proporciones de los átomos que constituyen un compuesto químico en particular, utilizando las abreviaturas estándar de los elementos químicos y subíndices para indicar el número de átomos involucrados. Por ejemplo, el agua se compone de dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno: la fórmula química es H ₂ O. En el caso de compuestos no estequiométricos, las proporciones pueden ser reproducibles con respecto a su preparación y dar proporciones fijas de sus elementos componentes, pero proporciones que no son integrales [p. ej., para hidruro de paladio, PdH _x (0,02 < x < 0,58)].

Los compuestos químicos tienen una estructura química única y definida que se mantiene unida en una disposición espacial definida por enlaces químicos. Los compuestos químicos pueden ser compuestos moleculares que se mantienen unidos por enlaces covalentes, sales que se mantienen unidas por enlaces iónicos, compuestos intermetálicos que se mantienen unidos por enlaces metálicos o el subconjunto de complejos químicos que se mantienen unidos por enlaces covalentes coordinados. Los elementos químicos puros generalmente no se consideran compuestos químicos, ya que no cumplen con el requisito de dos o más átomos, aunque a menudo consisten en moléculas compuestas de múltiples átomos (como en la molécula diatómica H ₂ o la molécula poliatómica S ₈, etc.).Muchos compuestos químicos tienen un identificador numérico único asignado por el Chemical Abstracts Service (CAS): su número CAS.

Existe una nomenclatura variable ya veces inconsistente que diferencia las sustancias, que incluyen ejemplos verdaderamente no estequiométricos, de los compuestos químicos, que requieren proporciones fijas. Muchas sustancias químicas sólidas, por ejemplo, muchos minerales de silicato, son sustancias químicas, pero no tienen fórmulas simples que reflejen la unión química de elementos entre sí en proporciones fijas; aun así, estas sustancias cristalinas a menudo se denominan "compuestos no estequiométricos". Se puede argumentar que están relacionados con, en lugar de ser compuestos químicos, en la medida en que la variabilidad en sus composiciones a menudo se debe a la presencia de elementos extraños atrapados dentro de la estructura cristalina de un compuesto químico verdadero conocido de otro modo., o debido a perturbaciones en la estructura relativas al compuesto conocido que surgen debido a un exceso o déficit de los elementos constituyentes en lugares de su estructura; tales sustancias no estequiométricas forman la mayor parte de la corteza y el manto de la Tierra. Otros compuestos considerados químicamente idénticos pueden tener cantidades variables de isótopos pesados ​​o ligeros de los elementos constituyentes, lo que cambia ligeramente la proporción de elementos en masa.

Tipos

Moléculas

Una molécula es un grupo eléctricamente neutro de dos o más átomos unidos por enlaces químicos. Una molécula puede ser homonuclear, es decir, consta de átomos de un elemento químico, como dos átomos en la molécula de oxígeno (O ₂); o puede ser heteronuclear, un compuesto químico compuesto por más de un elemento, como el agua (dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno; H ₂ O).

Compuestos iónicos

Un compuesto iónico es un compuesto químico formado por iones que se mantienen unidos por fuerzas electrostáticas denominadas enlaces iónicos. El compuesto es neutral en general, pero consta de iones cargados positivamente llamados cationes e iones cargados negativamente llamados aniones. Estos pueden ser iones simples como el sodio (Na) y el cloruro (Cl) en el cloruro de sodio, o especies poliatómicas como el amonio (NH
₄) y carbonato (CO
₃) iones en carbonato de amonio. Los iones individuales dentro de un compuesto iónico generalmente tienen varios vecinos más cercanos, por lo que no se consideran parte de las moléculas, sino parte de una red tridimensional continua, generalmente en una estructura cristalina.

Los compuestos iónicos que contienen iones básicos hidróxido (OH) u óxido (O) se clasifican como bases. Los compuestos iónicos sin estos iones también se conocen como sales y pueden formarse mediante reacciones ácido-base. Los compuestos iónicos también se pueden producir a partir de sus iones constituyentes por evaporación de su solvente, precipitación, congelación, una reacción de estado sólido o la reacción de transferencia de electrones de metales reactivos con no metales reactivos, como los gases halógenos.

Los compuestos iónicos suelen tener altos puntos de fusión y ebullición, y son duros y quebradizos. Como sólidos, casi siempre son eléctricamente aislantes, pero cuando se derriten o disuelven se vuelven altamente conductores porque los iones se movilizan.

Compuestos intermetálicos

Un compuesto intermetálico es un tipo de aleación metálica que forma un compuesto de estado sólido ordenado entre dos o más elementos metálicos. Los intermetálicos son generalmente duros y quebradizos, con buenas propiedades mecánicas a alta temperatura. Se pueden clasificar como compuestos intermetálicos estequiométricos o no estequiométricos.

Complejos

Un complejo de coordinación consta de un átomo o ion central, que suele ser metálico y se denomina centro de coordinación, y un conjunto circundante de moléculas o iones unidos, que a su vez se conocen como ligandos o agentes complejantes. Muchos compuestos que contienen metales, especialmente los de metales de transición, son complejos de coordinación. Un complejo de coordinación cuyo centro es un átomo metálico se denomina complejo metálico de elemento de bloque d.

Unión y fuerzas

Los compuestos se mantienen unidos a través de una variedad de diferentes tipos de enlaces y fuerzas. Las diferencias en los tipos de enlaces en los compuestos difieren según los tipos de elementos presentes en el compuesto.

Las fuerzas de dispersión de London son la fuerza más débil de todas las fuerzas intermoleculares. Son fuerzas de atracción temporales que se forman cuando los electrones de dos átomos adyacentes se colocan de manera que crean un dipolo temporal. Además, las fuerzas de dispersión de London son responsables de condensar sustancias no polares en líquidos y de congelar aún más a un estado sólido dependiendo de qué tan baja sea la temperatura del ambiente.

Un enlace covalente, también conocido como enlace molecular, implica el intercambio de electrones entre dos átomos. Principalmente, este tipo de enlace ocurre entre elementos que caen cerca uno del otro en la tabla periódica de elementos, sin embargo, se observa entre algunos metales y no metales. Esto se debe al mecanismo de este tipo de enlace. Los elementos que caen cerca uno del otro en la tabla periódica tienden a tener electronegatividades similares, lo que significa que tienen una afinidad similar por los electrones. Dado que ningún elemento tiene una afinidad más fuerte para donar o ganar electrones, hace que los elementos compartan electrones para que ambos elementos tengan un octeto más estable.

El enlace iónico ocurre cuando los electrones de valencia se transfieren completamente entre los elementos. Opuesto al enlace covalente, este enlace químico crea dos iones de carga opuesta. Los metales en enlace iónico suelen perder sus electrones de valencia, convirtiéndose en un catión con carga positiva. El no metal ganará los electrones del metal, haciendo del no metal un anión cargado negativamente. Como se ha señalado, los enlaces iónicos se producen entre un donante de electrones, normalmente un metal, y un aceptor de electrones, que tiende a ser un no metal.

El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno unido a un átomo electronegativo forma una conexión electrostática con otro átomo electronegativo a través de dipolos o cargas que interactúan.

Reacciones

Un compuesto se puede convertir a una composición química diferente mediante la interacción con un segundo compuesto químico a través de una reacción química. En este proceso, los enlaces entre los átomos se rompen en ambos compuestos que interactúan y luego los enlaces se reforman para que se formen nuevas asociaciones entre los átomos. Esquemáticamente, esta reacción podría describirse como AB + CD → AD + CB, donde A, B, C y D son átomos únicos; y AB, AD, CD y CB son cada uno compuestos únicos.