Enlaces químicos

Ana Zita
Ana Zita
Doctora en Bioquímica

Un enlace químico es la fuerza que mantiene a los átomos unidos en los compuestos. Estas fuerzas son de tipo electromagnético y pueden ser de distintos tipos y valores. La energía necesaria para romper un enlace se conoce como energía de enlace.

Cuando se produce un enlace, los átomos no cambian. Por ejemplo, al formar el agua (H2O), los hidrógenos H siguen siendo hidrógenos y el oxígeno O es siempre oxígeno. Son los electrones de los hidrógenos los que se comparten con el oxígeno.

Tipos de enlaces químicos

Dependiendo de la configuración electrónica de los átomos y de su afinidad por los electrones, tenemos diferentes tipos de enlaces:

  • Enlace iónico: los electrones de un átomo se transfieren al otro átomo.
  • Enlace covalente: los electrones entre los átomos se comparten.

Enlaces químicos iónicos

Un enlace iónico se forma cuando hay transferencia de electrones entre un metal y un no metal. Por ejemplo, el sodio (Na) es un metal cuya capa externa tiene un electrón. Este puede ser cedido fácilmente y quedar como catión Na+. En cambio, el cloro (Cl), tiene siete electrones en su capa externa, razón por la cual tiene una mayor predisposición para atraer un electrón y quedar con ocho electrones, lo que lo transforma en el anión cloruro Cl-.

Si se juntan en solución acuosa el sodio y cloro, sus cargas opuestas se atraen por fuerzas electrostáticas. Los compuestos formados de esta manera se arreglan en cristales.

Características generales de los cristales iónicos

  • En los enlaces iónicos, participan un catión y un anión.
  • En escala macroscópica, los compuestos iónicos forman sólidos cristalinos.
  • Por lo general, presentan puntos de fusión altos debido a la fuerte atracción electrostática y multidireccional entre iones de signo contrario. Es decir, un catión se puede unir a varios aniones al mismo tiempo. Lo mismo ocurre con los aniones.
  • Se fracturan al someterlos a una fuerza externa por la formación de planos de repulsión iónica.
  • No conducen electricidad en estado sólido.
  • Conducen electricidad cuando están fundidos, debido a la presencia de iones móviles.
  • Conducen electricidad cuando están disociados en solución.

Ejemplos de compuestos iónicos

fluorita
La mina más grande de fluorita CaF2 se encuentra en México.

Muchos de los compuestos iónicos son piedras preciosas como la fluorita o fluoruro de Calcio CaF2. El cloruro de calcio CaCl2 es un compuesto iónico usado principalmente para evitar la formación de hielo y como deshumidificador. El bromuro de magnesio MgBr2 es usado como acelerador de reacciones químicas.

Enlaces químicos covalentes

Un enlace covalente se establece entre dos átomos cuando estos comparten electrones. Los electrones no se encuentran fijos, se mueven entre los dos átomos dependiendo de la electronegatividad de cada átomo, esto es, de la atracción por electrones que tienen los átomos.

Enlace covalente polar

Cuando sustancias con diferente capacidad para atraer electrones forman un enlace covalente, se dice que este son polares. Por ejemplo: en la molécula de sulfuro de hidrógeno HS, el azufre S es más electronegativo que el hidrógeno, por lo tanto, los electrones que comparten estarán más próximos del azufre.

Otro ejemplo de enlace covalente polar se encuentra en el enlace entre el carbono y el flúor CF. Ambos comparten electrones, pero debido a que el flúor atrae con más fuerzas los electrones, estos crean un dipolo eléctrico en el cual es más negativo el lado del flúor y más positivo el lado del carbono.

En la formación de un enlace covalente polar no hablamos de aniones o cationes; el átomo con mayor electronegatividad queda con una carga eléctrica parcial negativa y el átomo con menor electronegatividad queda con una carga parcial positiva.

Enlace covalente no polar

Cuando sustancias con similar capacidad para atraer electrones forman un enlace, se dice que este es no polar, pues los electrones están compartidos de forma igualitaria entre los átomos.

Por ejemplo: la unión entre carbonos en la molécula de etano C2H6 es no polar, pues entre los dos carbonos la atracción por electrones es igual.

Dependiendo de la cantidad de electrones que son compartidos, se puede tener enlace covalente simple, doble o triple. A continuación, explicamos cada uno.

Enlace covalente simple

Un enlace covalente simple se produce cuando sólo un par de electrones son compartidos. Se representa como una línea entre dos átomos. Por ejemplo, la molécula de oxígeno:

Enlace covalente doble

El enlace covalente doble este tipo de enlace covalente, son cuatro los electrones compartidos entre átomos. Se representan por dos líneas paralelas entre los dos átomos. Esta unión es más fuerte que la el enlace covalente simple. Por ejemplo, el eteno:

Enlace covalente triple

enlace covalente triple
El monóxido de carbono CO, un gas tóxico, es un compuesto covalente con un enlace triple.

Un triple enlace significa que se está compartiendo seis electrones entre dos átomos. Se representa por tres líneas paralelas entre los elementos. Por ejemplo, la molécula de nitrógeno N2.

Características de los compuestos covalentes

  • Los electrones son compartidos entre dos o mas átomos. Estas uniones se presentan frecuentemente entre elementos similares o entre no metales.
  • Pueden formar moléculas, a diferencia de los cristales iónicos.
  • Las moléculas formadas son neutras.
  • No pueden conducir la electricidad.
  • Al disolverse no producen partículas cargadas.
  • Cuando las moléculas de estas sustancias se mantienen unidas por fuerzas intermoleculares poco intensas, tienen puntos de fusión bajos, por lo que son gases o líquidos a temperatura ambiente.
  • Los solidos covalentes con fuerzas multidireccionales tienen altos puntos de fusión (diamante, grafito, sílice) y forman sólidos reticulares o periódicos.

Ejemplos de compuestos con enlaces covalentes

adrenalina
La adrenalina es un compuesto con enlaces covalentes simples y dobles.

La mayoría de los compuestos orgánicos, donde el carbono es elemento primordial se caracterizan por la presencia de enlaces covalentes. Moléculas como la adrenalina, el metano CH4 y la glucosa C6H12O6 están formadas por enlaces covalentes.

Conceptos claves a recordar en enlaces químicos

Electronegatividad: la capacidad de un átomo de atraer electrones de valencia.

Electrones de valencia: los electrones que pueden formar el enlace son los electrones de valencia. Estos son los electrones que se encuentran en la capa más exterior de energía de un átomo.

¿Cómo se forman los enlaces químicos?

La naturaleza siempre tiende a alcanzar el estado de menor energía. Los gases nobles son los elementos que poseen su capa de energía de electrones de valencia completa; por eso, estos elementos son muy estables y poco reactivos. Así, la tendencia de los elementos por tener una capa de energía de valencia completa es la fuerza que promueve la formación de los enlaces químicos.

Los elementos pueden aceptar, ceder o compartir electrones de forma tal que su última capa energética tenga 8 electrones. A esto se conoce como la regla del octeto.

Ejemplo 1

La configuración electrónica del potasio es:

estilo tamaño 14px normal K espacio 1 normal s al cuadrado espacio 2 normal s elevado a 2 espacio fin elevado 2 normal p elevado a 6 espacio 3 normal s al cuadrado espacio 3 normal p elevado a 6 espacio fin elevado 4 normal s elevado a 1 fin estilo

Según la regla del octeto, el potasio se vuelve más estable si cede el electrón 4s1 en el último nivel, quedando de la siguiente forma:

estilo tamaño 14px normal K elevado a más espacio 1 normal s al cuadrado espacio 2 normal s elevado a 2 espacio fin elevado 2 normal p elevado a 6 espacio 3 normal s al cuadrado espacio 3 normal p elevado a 6 espacio fin elevado fin estilo

Por otro lado, la configuración electrónica del cloro es:

estilo tamaño 14px Cl espacio 1 normal s al cuadrado espacio 2 normal s al cuadrado espacio 2 normal p elevado a 6 espacio 3 normal s al cuadrado espacio 3 normal p elevado a 5 fin estilo

Para alcanzar el octeto, es más fácil si el cloro acepta un electrón, con lo que la configuración se transforma en:

Error converting from MathML to accessible text.

Entonces, si se colocan en el mismo recipiente K y Cl, el electrón del K se transfiere al Cl y se forma un enlace químico entre K y Cl, haciendo este compuesto más estable que cuando están separados.

Ejemplo 2

En el caso de dos átomos con diferentes afinidades por electrones es fácil entender por qué se unen. ¿Qué pasa entre dos átomos iguales? Veamos el ejemplo del oxígeno molecular O2.

La configuración electrónica del oxígeno es:

estilo tamaño 14px normal O espacio 1 s al cuadrado espacio 2 normal s al cuadrado espacio 2 normal p elevado a 4 fin estilo

Entonces, el oxígeno tiene 6 electrones (2s2 2p4) en su capa exterior. Dos átomos de oxígeno tienen la misma atracción por electrones, pero, cuando se juntan, comparten dos pares de electrones, quedando cada uno con ocho electrones en su capa exterior. Esto resulta en que la molécula de oxígeno O2 es más estable que dos átomos de oxígeno separados.

Función del electrón en el enlace químico

El actor principal en los enlaces entre átomos es el electrón. Recordando la estructura del átomo, cada átomo posee el mismo número de electrones con carga negativa y protones cargados positivamente. Esto le da al átomo una carga neutra. Sin embargo, los electrones tienen la capacidad de moverse entre átomos en ciertas condiciones.

Para entender la naturaleza de los enlaces químicos, es importante saber la configuración electrónica del átomo, esto es, cómo están distribuidos los electrones en un átomo. Los electrones que ocupan los niveles más altos de energía (los más exteriores) se llaman electrones de valencia y son estos los involucrados en la formación de los enlaces químicos.

Cuando un átomo pierde o gana un electrón, adquiere una carga eléctrica y se transforma en ion. Un átomo que cedió su electrón tiene ahora carga positiva y se llama catión. Por el contrario, cuando toma un electrón, tiene carga negativa y se llama anión.

Científicos destacados en los enlaces químicos

En 1858, el químico alemán Friedrich August Kekulé (1829-1896) fue el primero en definir la capacidad del átomo de un elemento para unirse con átomos de otros elementos. Así predijo que el carbono era tetravalente, lo que significaba que podía unirse a otros cuatro átomos.

Otro químico alemán, Richard Abegg (1869-1910) descubrió que los gases nobles (que no se unen a otros átomos) poseían 8 electrones de valencia. Entonces sugirió que los átomos se unen para alcanzar la configuración de los gases nobles, esto es, con 8 electrones en su capa exterior.

Por su parte, el químico americano Gilbert Newton Lewis (1875-1946) descubrió que, en los enlaces covalentes, los electrones son compartidos entre los átomos. También se le atribuye a Lewis la forma de representar los electrones con puntos alrededor del símbolo químico del átomo.

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Ana Zita
Ana Zita
Doctora en Bioquímica por el Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC), con licenciatura en Bioanálisis de la Universidad Central de Venezuela.