Los enlaces químicos

1- ¿Qué es el enlace químico?

El enlace químico corresponde a la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos que forman parte de una molécula, para lograr estabilidad.

Los átomos, moléculas e iones se unen entre sí para alcanzar la máxima estabilidad, es decir, tener la mínima energía. Para ello, utilizan los electrones que se encuentran en la capa más externa, denominados electrones de valencia. Estos se mueven con mucha facilidad entre un átomo y otro, de lo cual depende el tipo de enlace que se forme.

Gilbert Lewis estableció que cuando dos o más átomos se aproximan unos con otros, y juntan su última capa de valencia entre sí, logran ceder, ganar o compartir electrones, de tal manera, que en su última capa, se queden con la estructura de máxima estabilidad, que es la que poseen los gases nobles, elementos muy poco reactivos y que poseen ocho electrones en la última capa, a excepción del helio que solo posee dos.

A partir de esto, se establecen dos reglas; la regla del octeto y la regla del dueto.

a) La regla del octeto establece que los átomos se unen compartiendo electrones hasta conseguir completar la última capa de energía con cuatro pares de electrones, es decir, con 8 electrones, adquiriendo la  configuración electrónica del gas noble más cercano.

b) Por otro lado, la regla del dueto, dice que los átomos se unen compartiendo electrones hasta conseguir en la última capa de valencia, tener un par de electrones, es decir, 2 electrones, para conseguir la configuración electrónica del gas noble más cercano, que en este caso es el helio.

Para cumplir con estas reglas, los metales por lo general, tienden a ceder electrones, debido a su baja electronegatividad y su pequeño potencial de ionización, mientras que los no metales, debido a su elevada electronegatividad, y alto potencial de ionización, tienden a captar electrones.

2- ¿Cómo se representan los electrones de valencia de un átomo o molécula?

Gilbert Lewis, propuso una representación gráfica para poder establecer los electrones de valencia de un átomo, colocándolos como puntos alrededor del símbolo del elemento químico. Esto se denominó simbología de Lewis.

Por ejemplo, para poder desarrollar la simbología de Lewis del átomo de nitrógeno, cuyo número atómico es 7, se debe tener en consideración lo siguiente:

– En primer lugar se debe terminar la configuración electrónica del elemento

Z = 7 = 1s²2s²2p³

– El último nivel de energía es el 2, por lo tanto, se debe determinar la cantidad de electrones que hay en ese nivel, que corresponden a los electrones de valencia

1s²2s²2p³ = 5 electrones de valencia

– Se debe confeccionar el diagrama de orbitales del último nivel de energía, para determinar la cantidad de electrones apareados y desapareados

En el último nivel de energía hay un par de electrones apareados y 3 electrones desapareados

– Finalmente, se escribe el símbolo del elemento, y luego se distribuyen los electrones, respetando la cantidad de electrones apareados y desapareados.

Para construir la simbología de Lewis de una molécula, como por ejemplo el CH₄, se debe tener en consideración, lo siguiente:

– En primer lugar, se debe construir la configuración electrónica de los elementos presentes en la molécula:

C = 6 electrones = 1s²2s²2p²

H = 1 electrón = 1s¹

– En cada uno de ellos, se deben identificar la cantidad de electrones de valencia

C = 4 electrones

H = 1 electrón

– Se deben contar la cantidad total de electrones de valencia que hay en la molécula, y para ello, además se debe tener en consideración la cantidad de átomos de cada elemento:

C = 4 electrones x 1 átomo = 4 electrones

H = 1 electrón x 4 átomos = 4 electrones

Total electrones de valencia = 8 electrones

– A partir de estos datos, se debe dibujar un esquema simple, en el cual se identifiquen los elementos presentes en la molécula:

– Se deben calcular la cantidad de electrones de valencia que no forman parte de los enlaces químicos, y para ello, es necesario restar la cantidad de electrones de valencia de participan en el enlace, y cuantos disponibles. Es necesario recordar que cada enlace simple, está formado por 2 electrones. Por lo tanto, en este caso hay 8 electrones participando de los enlaces en la molécula y son 8 electrones en total, por lo tanto, no hay electrones que no participen de los enlaces.

– Se debe corroborar que cada uno de los enlaces cumple la regla del octeto y/o del dueto según corresponda en cada caso.

3- ¿Qué tipos de enlaces químicos hay?

Las propiedades de las sustancias químicas se deben en gran medida de la naturaleza de los enlaces químicos que unen a los átomos o iones constituyentes.

Los enlaces químicos pueden ser de tipo metálico, iónico o covalente, según el tipo de átomos participantes en la molécula, y cómo se comportan los electrones durante la formación de éste.

a) El enlace metálico, es aquel que se establece entre átomos metálicos, es decir, elementos que presentan una electronegatividad muy baja y un mínimo potencial de ionización, por ende, tienen tendencia a ceder electrones.

La presencia de este enlace químico, implica la formación de estructuras tridimensionales compactas, lo que le otorga a las especies metálicas altas densidades electrónicas.

Estas altas densidades, también denominadas nubes electrónicas, se forman cuando un conjunto de iones positivos, se ordenan en forma de redes, y los electrones liberados se deslocalizan, es decir, se mueven libremente por una extensa región entre los iones positivos.

Por lo tanto, las sustancias que presentan en su estructura, enlaces metálicos, tienen las siguientes características:

– Tienen brillo.

– Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (Hg) que es un líquido.

– Tienen altos puntos de fusión y ebullición, excepto el mercurio (Hg), el cesio (Cs) y el galio (Ga).

– Son buenos conductores del calor y de la electricidad.

– Son maleables, es decir, pueden formar láminas o planchas finas.

– Son dúctiles, es decir, pueden formar alambres o hilos delgados.

– Resisten grandes tensiones sin romperse, es decir, son tenaces.

– Por lo general, son más densos que el agua, excepto el sodio (Na), el litio (Li) y el potasio (K).

b) El enlace iónico, se establece a través de la interacción de iones, es decir, átomos que son capaces de ganar o perder electrones. Por lo tanto, en este tipo de enlace hay una transferencia de electrones entre las especies participantes.

Los metales son las especies que pierden los electrones, mientras que los no metales los ganan, por ende, este tipo de enlace se establece entre especies metálicos y no metálicas, transformándose el metal en un catión y el no metal en un anión, quedando unidas entre sí a través de fuerzas electrostáticas.

– Anión. Se forma cuando un átomo gana electrones y se carga negativamente.

– Catión. Se forma cuando un átomo pierde electrones y se carga positivamente.

En la mayoría de los casos, el número de los electrones ganados o perdidos, permite que cada uno de los iones resultantes adquiera la configuración electrónica del gas noble más cercano, es decir, cumpla con la regla del octeto.

Cuando se forman los iones, las fuerzas de atracción, hacen que se forme una red tridimensional que recibe el nombre de red cristalina.

Las sustancias que presentan enlace iónico en su estructura, tienen las siguientes propiedades:

– Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente.

– Tienen altos puntos de fusión y ebullición, debido a la intensidad de las fuerzas electrostáticas entre los iones de carga opuesta.

– Generalmente son solubles en agua y otros solventes polares.

– Al entrar en contacto con el agua se separan en sus iones, es decir, se disocian.

– Fundidos o disueltos son buenos conductores de la electricidad, puesto que sus iones tienen libertad para movilizarse.

– Son duros, es decir, difíciles de rayar, por la gran intensidad de las fuerzas de atracción electrostáticas entre

sus iones.

– Son frágiles, porque si el cristal se golpea en determinadas direcciones, sus capas se deslizan unas

sobre otras, de forma que los iones de igual carga quedan enfrentados y las fuerzas de repulsión separan las

dos capas. Así, se produce una línea de fractura que los divide en cristales de menor tamaño.

c) Finalmente, el enlace covalente se establece entre átomos no metálicos, ocurriendo en ellos, una compartición de uno o más electrones, debido a la elevada electronegatividad que hay en estos átomos, que no permite una transferencia de electrones.

En la mayoría de los casos, los átomos adquieren la configuración del gas noble más cercano, para cumplir la regla del octeto.

Para que haya un enlace covalente, debe haber una diferencia de electronegatividad entre los átomos presentes en la molécula menor o igual a 1,7.

Si los átomos comparten un par de electrones, se denomina enlace covalente simple. Si comparten dos pares de electrones, se denomina enlace covalente doble, y si son tres pares de electrones los que se comparten se llama enlace covalente triple.

El enlace covalente, se puede clasificar como enlace covalente apolar y enlace covalente polar, según la diferencia de electronegatividades que exista entre los átomos que forman la molécula.

a) El enlace covalente apolar, se presenta cuando el par o los pares de electrones son compartidos por átomos que presentan igual electronegatividad, por lo tanto, el par o los pares de electrones son atraídos de igual manera por ambos átomos, estando a la misma distancia de ambos átomos, generándose una distribución simétrica de la densidad electrónica en la molécula.

El enlace covalente polar se presenta cuando el par o los pares de electrones son compartidos por átomos que presentan distinta electronegatividad, lo que provoca que el átomo más electronegativo atraiga hacia sí con mayor intensidad los electrones compartidos, produciéndose una asimetría en la densidad electrónica de la molécula, con lo que ésta va a poseer un polo positivo, donde habrá una menor densidad electrónica, y un polo negativo, en el cual se concentrarán los electrones. Las moléculas polares, constituyen los se denomina dipolo eléctrico.

Para mostrar que hay un dipolo, se escribe la letra griega delta,  δ, seguida por los signos más (+) o menos (-) para indicar cuál átomo es más positivo y cuál es más negativo.

La delta se lee como parcial. Es decir,   δ – significa que un átomo tiene una carga parcial negativa y  δ+ significa que un átomo tiene una carga parcial positiva.

Por lo general, aquellos compuestos que presentan enlaces covalentes en su estructura, tienen las siguientes propiedades:

– Son compuestos volátiles, es decir, compuestos que se evaporan fácilmente

– Tiene puntos de fusión y ebullición bajos

– No conducen la corriente eléctrica en estado puro

– Las sustancias polares se disuelven en sustancias polares y las apolares en sustancias apolares.