¿Por qué se unen los átomos?

Reacciones combinadas

Las reacciones que producen compuestos químicos pueden ocurrir de dos maneras, dependiendo de los átomos:

1. A través de interacciones repulsivas , que son consecuencia de la superposición de capas de electrones y de la interacción electrostática de cargas unipolares.
2. Mediante la acción de fuerzas de atracción provocadas por la interacción electrostática de cargas disímiles, como las interacciones entre electrones y núcleos atómicos o las resultantes de cambios en la distribución de densidades de carga.

Resulta que existe una tendencia en la naturaleza a esforzarse por conseguir un mínimo de energía . Esto también se aplica a los átomos, lo que se refleja directamente en la formación de enlaces químicos : los átomos se combinan si esto les resulta energéticamente ventajoso. La mayoría de los elementos unen naturalmente sus átomos entre sí o entre sí.

Enlace químico

Como se mencionó anteriormente, los átomos pueden combinarse con átomos del mismo u otro elemento químico . Se llama enlace químico a aquella interacción entre átomos que los hace unidos permanentemente entre sí. Los electrones de valencia , presentes en la capa más externa de los átomos, participan en la formación de enlaces químicos.

Enlace químico en hidrógeno de dos átomos H ₂

El hidrógeno es un elemento químico y una sustancia cuyos átomos nunca existen en estado libre. Sus átomos siempre están emparejados por un enlace químico específico . Implica que cada uno de los átomos de hidrógeno presentes ceda un electrón de valencia para compartir. Esto permite a cada uno de ellos alcanzar el estado energético más favorable para sí mismo y obtener la configuración electrónica del gas noble más cercano a él en la tabla periódica, es decir, el helio. Estos electrones compartidos se conocen como par de electrones compartidos o par de enlace de electrones. Este tipo de enlace que se produce entre átomos de hidrógeno se puede representar simbólicamente como H:H.

Enlace covalente

Un excelente ejemplo de la aparición de un enlace covalente es el hidrógeno de dos átomos descrito anteriormente. Comparte un par de electrones común, que es específico de este tipo de enlace. Implica la comunidad de electrones y la formación de pares de electrones vinculantes que pertenecen igual o diferentemente a ambos átomos.

Enlace covalente no polar

Estos enlaces covalentes, en los que el par de electrones de unión pertenece por igual a ambos átomos, también se denominan enlaces covalentes atómicos o apolares y se forman principalmente entre átomos del mismo no metal. Estas estructuras, que se forman mediante la formación de enlaces covalentes no polares, se denominan moléculas homoatómicas.

Electrones de moléculas de cloro diatómico Cl _2.

Un enlace covalente no polar también es característico de la molécula de cloro , en el que dos átomos de cloro comparten un electrón de valencia cada uno, produciendo un octeto de electrones y una configuración electrónica de argón. Si se consideran los electrones presentes en ambos átomos de cloro de la molécula, se puede observar que, además del par de electrones de enlace, también hay electrones que no participan directamente en la formación del enlace químico. Estos electrones o pares de electrones se denominan electrones no enlazantes.

¿Cómo está estructurada la molécula de nitrógeno?

Resulta que los no metales pueden compartir más de un par de electrones . Por ejemplo, una molécula de nitrógeno está formada por dos átomos de nitrógeno. Cada uno tiene cinco electrones de valencia en la última capa, por lo que es necesario tener hasta tres electrones adicionales para formar un octeto. Para lograr la configuración electrónica deseada, cada átomo de nitrógeno cede tres electrones para compartir. Esto da como resultado tres pares de electrones de enlace entre los átomos . Un enlace tan específico tiene su propio nombre: triple enlace. Además de los pares de electrones compartidos, cada átomo de nitrógeno tiene un par de electrones no enlazantes. El triple enlace es el máximo posible que pueden formar los átomos. No se han encontrado en la naturaleza compuestos químicos que se caractericen por la presencia de más de tres enlaces en la molécula.

¿Qué pasa con las moléculas heteroatómicas?

Al igual que los átomos que pertenecen al mismo elemento químico, los átomos de diferentes no metales pueden unirse entre sí mediante la producción de pares de electrones de enlace comunes. El ejemplo más conocido de tal estructura es el cloruro de hidrógeno, un compuesto químico formado por la combinación de átomos de hidrógeno y cloro. Cada uno de los átomos que forman una molécula necesita un electrón para lograr la configuración electrónica más favorable para sí mismo.

Enlace covalente en la molécula de cloruro de hidrógeno.

Para lograr la configuración electrónica de los gases nobles más cercanos, tanto el hidrógeno como el cloro donan un electrón de valencia cada uno para producir un par de electrones de enlace. Este tratamiento da como resultado dos configuraciones electrónicas permanentes: el hidrógeno adopta la configuración de helio y el átomo de cloro adopta la configuración de argón. Así, en sus capas de valencia hay un doblete y un octeto de electrones , respectivamente. Sin embargo, aquí podemos observar una interacción ligeramente diferente a la de la molécula de hidrógeno: resulta que el par de electrones generado entre los átomos de hidrógeno y de cloro no les pertenece por igual. Se desplaza hacia el que tiene mayor capacidad para atraer electrones, en este caso el átomo de cloro, por lo que el par de electrones de enlace se desplaza hacia él. Este tipo de enlace también es un enlace covalente, pero también se denomina "polar".

Enlace covalente polar

Este enlace se forma entre átomos que pertenecen a diferentes no metales. Realizan el movimiento característico de un enlace covalente : comparten algunos de sus electrones, pero en comparación con un enlace covalente apolar, los pares de electrones generados en este caso se desplazan hacia uno de los átomos. El que atrae con mayor fuerza a los electrones. Suele ser el átomo que tiene mayor número de electrones en su capa de valencia. Siempre es el átomo el que tiene mayor electronegatividad.

Estructura electrónica de la molécula de amoníaco.

El amoníaco es una molécula formada por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno. Tiene un enlace covalente polar. Sabiendo que el nitrógeno pertenece al grupo 15 de la tabla periódica de elementos , sabemos que tiene cinco electrones de valencia. Por el contrario, cada átomo de hidrógeno tiene un solo electrón. Para una configuración electrónica permanente, el nitrógeno necesita tres electrones, que pueden ser proporcionados por la presencia de átomos de hidrógeno. Cada uno produce un par de electrones de enlace con un átomo de nitrógeno. Esto asegura que cada átomo presente tenga la configuración electrónica más favorable para sí mismo. Debido a que el átomo de nitrógeno tiene una mayor capacidad para atraer electrones que el átomo de hidrógeno, los tres pares de electrones de enlace se desplazan justo hacia él.

Estructura electrónica de la molécula de dióxido de carbono.

El átomo de carbono está en el grupo 14 de la tabla periódica y, por tanto, tiene cuatro electrones de valencia en su capa de valencia. Por el contrario, cada uno de los dos átomos de oxígeno tiene seis electrones de valencia. Como los átomos actuales se esfuerzan por alcanzar sólo octetos, los átomos de oxígeno ceden dos electrones para compartir, y el átomo de carbono comparte dos electrones con cada uno, para compartir un total de los cuatro electrones de valencia. Esto da como resultado hasta cuatro pares de electrones de unión: dos entre el átomo de carbono y cada átomo de oxígeno. Comparando los valores de electronegatividad de los átomos de carbono y oxígeno sabemos que es el oxígeno el que muestra mayor predisposición a atraer electrones. Por lo tanto, los cuatro pares de electrones de enlace se desplazan hacia los átomos de oxígeno.

¿Cómo comprobar el tipo de enlace presente en una molécula?

Un factor clave para determinar el tipo de enlace presente en una molécula es la electronegatividad de sus constituyentes atómicos. Es la capacidad de los átomos para atraer electrones y, por tanto, también en el caso del enlace covalente, la capacidad para atraer pares de electrones enlazantes entre sí. Cuanto mayor es el valor de la electronegatividad, con más fuerza atrae el átomo a los electrones. Además, la diferencia entre las electronegatividades de los átomos presentes en la molécula nos indica con qué tipo de enlace químico estamos ante. Si, en una molécula, la diferencia en la electronegatividad de los átomos que la forman, denotada como ΔE, es igual a 0,0 o no mayor que 0,4, el enlace no está polarizado covalentemente. Si ΔE está entre 0,4 y 1,6, existe un enlace covalente polar en la molécula. Si, por el contrario, la diferencia de electronegatividad de los átomos supera 1,6, esto indica la presencia de un enlace iónico.