Enlaces químicos


Ana Zita
Ana Zita
Científica

Un enlace químico es la fuerza que mantiene a los átomos unidos en los compuestos. Estas fuerzas son del tipo electromagnéticas y pueden ser de distintos clases 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.

El 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 estan 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 ión. 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.

¿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:

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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 porque 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.

Tipos de enlaces químicos

Dependiendo de la configuración electrónica de los átomos y de su afinidad por los electrones, tenemos diferentes tipos de enlaces, que describimos a continuación.

Enlace iónico

El sodio y el cloro son un ejemplo clásico de la formación de enlaces 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 con un electrón en su capa externa, que puede ceder fácilmente, quedando como catión Na+. En cambio, el cloro, Cl, tiene siete electrones en su capa externa, teniendo una mayor predisposición por 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 cristales iónicos, los cationes atraen a varios aniones y a su vez los aniones se unen a varios cationes.
  • 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.
  • Si conducen electricidad cuando están fundidos, debido a la presencia de iones móviles.
  • Si conducen electricidad cuando estan disociados en solución.

Ejemplos de compuestos iónicos

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

Muchos de los compuestos iónicos los conocemos como 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.

Enlace covalente

El carbono C comparte sus cuatro electrones de valencia con cuatro hidrógenos H y forma metano CH4.

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

Los electrones que comparten el oxígeno y el hidrógeno son más atraídos por el oxígeno.

Cuando sustancias con diferente capacidad para atraer electrones forman un enlace covalente, se dice que este es polar. 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, siendo 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:

estilo tamaño 14px negrita delta elevado a negrita menos fin estilo

El átomo con menor electronegatividad queda con una carga parcial positiva:

estilo tamaño 14px negrita delta elevado a negrita más fin estilo

Enlace covalente no polar

Formación de un enlace covalente no polar entre dos átomos de cloro Cl.

Cuando sustancias con similar capacidad para atraer electrones forman un enlace, este se dice que 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: 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:

estilo tamaño 14px normal O subíndice 2 flecha doble derecha normal O menos normal O fin estilo

  • 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:

estilo tamaño 14px normal C subíndice 2 normal H subíndice 4 flecha doble derecha normal H subíndice 2 normal C igual CH subíndice 2 fin estilo

  • Enlace covalente 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:

estilo tamaño 14px normal N subíndice 2 flecha doble derecha normal N idéntico normal N fin estilo

Características generales 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 multi direccionales 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.

El monóxido de carbono CO, un gas tóxico, es también un compuesto covalente.

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.

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.

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.

Vea también Átomo

Ana Zita
Ana Zita
Graduada en bioanálisis en Universidad Central de Venezuela, con doctorado en bioquímica del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas. Investigadora con más de diez años de experiencia en instituciones y universidades, actualmente divide la redacción de contenidos educativos con la agricultura científica.