Enlace
químico
Un enlace químico es el
proceso químico responsable de las interacciones atractivas entre átomos
y moléculas,
y que confiere estabilidad a los compuestos químicos diatómicos y poliatómicos.
La explicación de tales fuerzas atractivas es un área compleja que está
descrita por las leyes de la química cuántica.
Sin embargo, en la práctica,
los químicos suelen apoyarse en la fisicoquímica o en descripciones
cualitativas que son menos rigurosas, pero más sencillas en su propia
descripción del enlace químico (ver valencia). En general, el enlace químico
fuerte está asociado con la compartición o transferencia de electrones entre
los átomos participantes. Las moléculas, cristales, y gases diatómicos -o sea
la mayor parte del ambiente físico que nos rodea- está unido por enlaces
químicos, que determinan las propiedades físicas y químicas de la materia.
Hay que tener en cuenta que
las cargas opuestas se atraen, porque, al estar unidas, adquieren una situación
más estable (de menor entalpía) que cuando estaban separados. Esta situación de
mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los
átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de
los gases nobles ya que los electrones que orbitan el núcleo están cargados
negativamente, y que los protones en el núcleo lo están positivamente, la
configuración más estable del núcleo y los electrones es una en la que los
electrones pasan la mayor parte del tiempo entre los núcleos, que en
otro lugar del espacio. Estos electrones hacen que los núcleos se atraigan
mutuamente.
Teorías sobre el enlace
químico
En la visión simplificada del
denominado enlace covalente, uno o más electrones
(frecuentemente un par de electrones) son llevados al espacio
entre los dos núcleos atómicos. Ahí, los electrones negativamente cargados son
atraídos a las cargas positivas de ambos núcleos, en vez de sólo su
propio núcleo. Esto vence a la repulsión entre los dos núcleos positivamente
cargados de los dos átomos, y esta atracción tan grande mantiene a los dos
núcleos en una configuración de equilibrio relativamente fija, aunque aún
vibrarán en la posición de equilibrio. En resumen, el enlace covalente
involucra la compartición de electrones en los que los núcleos positivamente
cargados de dos o más átomos atraen simultáneamente a los electrones
negativamente cargados que están siendo compartidos. En un enlace covalente polar, uno o más
electrones son compartidos inequitativamente entre dos núcleos.
En una visión simplificada de
un enlace iónico, el electrón de enlace no es
compartido, sino que es transferido. En este tipo de enlace, el orbital
atómico más externo de un átomo tiene un lugar libre que permite la
adición de uno o más electrones. Estos electrones recientemente agregados ocupan
potencialmente un estado de menor energía (más cerca al núcleo debido a la alta
carga nuclear efectiva) de lo que
experimentan en un tipo diferente de átomo. En consecuencia, un núcleo ofrece
una posición de más fuerte unión a un electrón de lo que lo hace el otro
núcleo. Esta transferencia ocasiona que un átomo asuma una carga neta positiva,
y que el otro asuma una carga neta negativa. Entonces, el enlace resulta
de la atracción electrostática entre los átomos, y los átomos se constituyen en
((iones)) de carga positiva
o negativa.
Todos los enlaces pueden ser
explicados por la teoría cuántica, pero, en la práctica, algunas reglas de
simplificación les permiten a los químicos predecir la fuerza de enlace,
direccionalidad y polaridad de los enlaces. La regla del
octeto y la (TREPEV) teoría de repulsión de pares de electrones de
la capa de valencia son dos ejemplos.
Existen teorías más
sofisticadas, como la teoría del enlace de valencia, que incluye
la hibridación de orbitales y la resonancia, y el método de combinación lineal de orbitales
atómicos dentro de la teoría de los orbitales moleculares,
que incluye a la teoría del campo de los ligantes.
La electrostática es usada para describir
polaridades de enlace y los efectos que ejerce en las sustancias químicas.
Teoría de enlace de valencia
Artículo principal: Teoría del enlace de valencia.
En el año 1927, la teoría de
enlace de valencia fue formulada, argumentando esencialmente que el enlace
químico se forma cuando dos electrones de valencia, en sus respectivos
orbitales atómicos, trabajan o funcionan para
mantener los dos núcleos juntos, en virtud a los efectos de disminución de
energía del sistema. En 1931, a partir de esta teoría, el químico Linus Pauling
publicó lo que algunos consideran uno de los más importantes papeles en la
historia de la química: "Sobre la naturaleza del enlace químico". En
este papel, extendiendo los trabajos de Lewis,la teoría del enlace de valencia
(TEV) de Heitler y London, y su propio trabajo previo, presentó seis reglas
para el enlace de electrones compartidos, las tres primeras de las cuales
generalmente ya eran conocidas:
1. El enlace de par de electrones a través de la interacción de un
electrón desapareado de cada uno de dos átomos.
2. El spin de los electrones tienen que ser opuestos.
3. Una vez apareados, los dos electrones no pueden tomar parte en enlaces
adicionales.
Sus tres últimas reglas eran
nuevas:
4. Los términos de canje de electrones para el enlace involucra sólo una
función de onda de cada átomo.
5. Los electrones disponibles en el menor nivel de energía forman los
enlaces más fuertes.
6. De dos orbitales en un átomo, el que puede traslapar en mayor cantidad
con un orbital de otro átomo formará el enlace más fuerte, y este enlace
tenderá a nacer en la dirección del orbital más concentrado.
A partir de este artículo,
Pauling publicaría en 1939 un libro de texto: "Sobre la Naturaleza del
Enlace Químico" que vendría a ser llamado por algunos como la
"biblia" de la química moderna. Este libro ayudó a los químicos
experimentales a entender el impacto de la teoría cuántica sobre la química.
Sin embargo, la edición posterior de 1939 falló en explicar adecuadamente los
problemas que parecían ser mejor entendibles por la teoría de orbitales
moleculares. El impacto de la teoría del enlace de valencia declinó durante la
década de 1960 y 1970 a la par con el crecimiento en popularidad de la teoría
de orbitales moleculares, que estaba siendo implementada en muchos programas de
grandes ordenadores. A partir de la década de 1960, los problemas más difíciles
de la implementación de la teoría del enlace de valencia en programas de
computadoras habían sido mayormente resueltos y la teoría del enlace de
valencia vio un resurgimiento.
Enlaces químicos
Estos enlaces químicos son
fuerzas intramoleculares, que mantienen a los átomos unidos en las moléculas. En la visión simplista del enlace
localizado, el número de electrones que participan en un enlace (o están
localizados en un orbital enlazante), es típicamente un número par de dos,
cuatro, o seis, respectivamente. Los números pares son comunes porque las
moléculas suelen tener estados energéticos más bajos si los electrones están
apareados. Teorías de enlace sustancialmente más avanzadas han mostrado que la fuerza de enlace no es siempre un número entero,
dependiendo de la distribución de los electrones a cada átomo involucrado en un
enlace. Por ejemplo, los átomos de carbono en el benceno están conectados a los vecinos inmediatos
con una fuerza aproximada de 1.5, y los dos átomos en el óxido nítrico, NO, están conectados con
aproximadamente 2.5. El enlace cuádruple
también son bien conocidos. El tipo de enlace fuerte depende de la diferencia
en electronegatividad y la distribución
de los orbitales electrónicos disponibles a los átomos que se enlazan. A mayor
diferencia en electronegatividad, con mayor fuerza será un electrón atraído a
un átomo particular involucrado en el enlace, y más propiedades "iónicas"
tendrá el enlace ("iónico" significa que los electrones del enlace
están compartidos inequitativamente). A menor diferencia de electronegatividad,
mayores propiedades covalentes (compartición completa) del enlace.
Los átomos enlazados de esta
forma tienen carga eléctrica neutra, por lo que el enlace se puede llamar no
polar.
Los enlaces covalentes pueden
ser simples cuando se comparte un solo par de electrones, dobles al compartir
dos pares de electrones, triples cuando comparten tres tipos de electrones, o
cuádruples cuando comparten cuatro tipos de electrones.
Los enlaces covalentes no
polares se forman entre átomos iguales, no hay variación en el número de
oxidación. Los enlaces covalentes polares se forman con átomos distintos con
gran diferencia de electronegatividades. La molécula es eléctricamente neutra,
pero no existe simetría entre las cargas eléctricas originando la polaridad, un
extremo se caracteriza por ser electropositivo y el otro electronegativo.
Enlace covalente
El enlace covalente polar es
intermediado en su carácter entre un enlace covalente y un enlace iónico. Los
átomos enlazados de esta forma tienen carga eléctrica neutra. Los enlaces
covalentes pueden ser simples cuando se comparte un solo par de electrones,
dobles al compartir dos pares de electrones, triples cuando comparten tres
pares de electrones, o cuádruples cuando comparten cuatro pares de electrones. Los
enlaces covalentes no polares se forman entre átomos iguales, no hay variación
en el número de oxidación. Los enlaces covalentes polares se forman con átomos
distintos con gran diferencia de electronegatividades. La molécula es
eléctricamente neutra, pero no existe simetría entre las cargas eléctricas
originando la polaridad, un extremo se caracteriza por ser electropositivo y el
otro electronegativo.
En otras palabras, el enlace
covalente es la unión entre átomos en donde se da un compartimiento de
electrones, los átomos que forman este tipo de enlace son de carácter no
metálico. Las moléculas que se forman con átomos iguales (mononucleares)
presentan un enlace covalente pero en donde la diferencia de
electronegatividades es nula. Se presenta entre los elementos con poca
diferencia de electronegatividad (< 1.7), es decir cercanos en la tabla
periódica de los elementos químicos o bien, entre el mismo elemento para formar
moléculas diatomicas.
Enlace iónico o electrovalente
El enlace iónico es un tipo de
interacción electrostática entre átomos que tienen una gran diferencia de
electronegatividad. No hay un valor preciso que distinga la ionicidad a partir
de la diferencia de electronegatividad, pero una diferencia sobre 2.0 suele ser
iónica, y una diferencia menor a 1.5 suele ser covalente. En palabras más
sencillas, un enlace iónico es aquel en el que los elementos involucrados
aceptan o pierden electrones (se da entre un catión y un anión) o dicho de otra
forma, es aquel en el que un elemento más electronegativo atrae a los
electrones de otro menos electronegativo.3 El enlace iónico
implica la separación en iones positivos y negativos. Las cargas iónicas
suelen estar entre -3e a +3e.
1) Se presenta entre los elementos con gran diferencia de
electronegatividad (>1.7), es decir alejados de la tabla periódica: entre
metales y no metales. 2) Los compuestos que se forman son sólidos cristalinos
con puntos de fusión elevados. 3) Se da por TRANSFERENCIA de electrones:
un átomo PIERDE y el otro 'GANA'. 4) Se forman iones (cationes
y aniones).
Enlace covalente coordinado
El enlace covalente coordinado, algunas veces referido como enlace
dativo, es un tipo de enlace covalente, en el que los electrones de enlace se
originan sólo en uno de los átomos, el donante de pares de electrones, o base
de Lewis, pero son compartidos aproximadamente por igual en la formación del
enlace covalente. Este concepto está cayendo en desuso a medida que los
químicos se pliegan a la teoría de orbitales moleculares. Algunos ejemplos de
enlace covalente coordinado existen en nitronas y el borazano. El arreglo resultante es diferente de
un enlace iónico en que la diferencia de electronegatividad es pequeña,
resultando en una covalencia. Se suelen representar por flechas, para
diferenciarlos de otros enlaces. La flecha muestra su cabeza dirigida al
aceptor de electrones o ácido de Lewis, y la cola a la base de Lewis. Este tipo
de enlace se ve en el ion amonio.
Enlace metálico
En un enlace metálico, los electrones de enlace están deslocalizados en
una estructura de átomos. En contraste, en los compuestos iónicos, la ubicación
de los electrones enlazantes y sus cargas es estática. Debido a la
deslocalización o el libre movimiento de los electrones, se tienen las
propiedades metálicas de conductividad, ductilidad y dureza.
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