Enlaces interatómicos: características y tipos
El enlace interatómico es el enlace químico que se forman entre los átomos para producir las moléculas. Aunque hoy en día los científicos generalmente coinciden en que los electrones no giran alrededor del núcleo, a lo largo de la historia se pensó que cada electrón orbitaba alrededor del núcleo de un átomo en una capa separada.
Hoy en día, los científicos han llegado a la conclusión de que los electrones se ciernen en áreas específicas del átomo y no forman órbitas, sin embargo, la capa de valencia se utiliza todavía para describir la disponibilidad de electrones.
Linus Pauling contribuyó al entendimiento moderno del enlace químico al escribir el libro “La naturaleza del enlace químico” donde recopiló ideas de Sir Isaac Newton, Étienne François Geoffroy, Edward Frankland y en particular Gilbert N. Lewis.
En él, vinculó la física de la mecánica cuántica con la naturaleza química de las interacciones electrónicas que se producen cuando se hacen enlaces químicos.
El trabajo de Pauling se concentró en establecer que los enlaces iónicos verdaderos y los enlaces covalentes se sitúan en extremos de un espectro de enlace, y que la mayoría de los enlaces químicos están clasificados entre esos extremos.
Pauling desarrolló además una escala móvil de tipo de enlace gobernada por la electronegatividad de los átomos que participan en el enlace.
Las contribuciones inmensas de Pauling a nuestra comprensión moderna del enlace químico llevaron a que le concedieran el premio Nobel 1954 para “la investigación en la naturaleza del enlace químico y su aplicación a la elucidación de la estructura de sustancias complejas.”
Los seres vivos se componen de átomos, pero en la mayoría de los casos, esos átomos no sólo flotan individualmente. En su lugar, normalmente están interactuando con otros átomos (o grupos de átomos).
Por ejemplo, los átomos pueden estar conectados por enlaces fuertes y organizados en moléculas o cristales. O pueden formar lazos temporales, débiles con otros átomos que chocan contra ellos.
Tanto los lazos fuertes que unen las moléculas como los lazos débiles que crean conexiones temporales son esenciales para la química de nuestros cuerpos y para la existencia de la vida misma.
Los átomos tienden a organizarse en los patrones más estables posibles, lo que significa que tienen una tendencia a completar o llenar sus órbitas de electrones más exteriores.
Se unen con otros átomos para hacer precisamente eso. La fuerza que mantiene átomos juntos en colecciones conocidas como moléculas se conoce como un enlace químico.
Tipos de enlaces químicos interatómicos
Enlace metálico
El enlace metálico es la fuerza que mantiene los átomos juntos en una sustancia metálica pura. Tal sólido consiste en átomos estrechamente empaquetados.
En la mayoría de los casos, la capa de electrones más externa de cada uno de los átomos metálicos se superpone con un gran número de átomos vecinos. Como consecuencia, los electrones de valencia se mueven continuamente de un átomo a otro y no están asociados con ningún par específico de átomos.
Los metales tienen varias cualidades que son únicas, tales como la habilidad para conducir electricidad, una energía de ionización baja y una electronegatividad baja (de modo que ceden electrones fácilmente, es decir, son cationes).
Sus propiedades físicas incluyen un aspecto brillante (brillante), y son maleables y dúctiles. Los metales tienen una estructura cristalina. Sin embargo, los metales son también maleables y dúctiles.
En la década de 1900, Paul Drüde surgió con la teoría del mar de electrones al modelar metales como una mezcla de núcleos atómicos (núcleos atómicos = núcleos positivos + capa interna de electrones) y electrones de valencia.
En este modelo, los electrones de valencia son libres, deslocalizados, móviles y no asociados con ningún átomo en particular.
Enlace iónico
Los enlaces iónicos son de naturaleza electrostática. Se producen cuando un elemento con una carga positiva se une a uno con carga negativa por interacciones coulómbicas.
Elementos con baja energías de ionización tienen la tendencia a perder electrones con facilidad mientras que elementos con alta afinidad electrónica tienen la tendencia a ganarlos produciendo cationes y aniones respectivamente, que son los que forman los enlaces iónicos.
Los compuestos que muestran enlaces iónicos forman cristales iónicos en los cuales los iones de cargas positivas y negativas oscilan cerca de uno al otro, pero no siempre existe una correlación directa 1-1 entre iones positivos y negativos.
Los enlaces iónicos pueden romperse típicamente a través de la hidrogenación, o la adición de agua a un compuesto.
Las sustancias que se mantienen unidas por enlaces iónicos (como el cloruro de sodio) pueden separarse comúnmente en iones cargados verdaderos cuando actúan sobre ellos una fuerza externa, tal como cuando se disuelven en agua.
Además, en forma sólida, los átomos individuales no son atraídos por un vecino individual sino que forman redes gigantes que se atraen entre sí por las interacciones electrostáticas entre el núcleo de cada átomo y los electrones de valencia vecinos.
La fuerza de atracción entre los átomos vecinos da a los sólidos iónicos una estructura extremadamente ordenada conocida como una rejilla iónica, donde las partículas con carga opuesta se alinean entre sí para crear una estructura rígida fuertemente unida.
Enlace covalente
El enlace covalente se produce cuando los pares de electrones son compartidos por los átomos. Los átomos se unirán covalentemente con otros átomos para ganar más estabilidad, lo cual se obtiene formando una capa de electrones completa.
Al compartir sus electrones más externos (de valencia), los átomos pueden llenar su capa externa de electrones y ganar estabilidad.
Aunque se dice que los átomos comparten electrones cuando forman enlaces covalentes, no suelen compartir los electrones por igual. Sólo cuando dos átomos del mismo elemento forman un enlace covalente son los electrones compartidos realmente compartidos equitativamente entre los átomos.
Cuando los átomos de diferentes elementos comparten electrones a través de la unión covalente, el electrón se dibujará más hacia el átomo con la mayor electronegatividad resultando en un enlace covalente polar.
Cuando se comparan con compuestos iónicos, los compuestos covalentes usualmente tienen un punto de fusión y de ebullición más bajo y tienen menos tendencia a disolverse en agua.
Los compuestos covalentes pueden estar en un estado de gas, líquido o sólido y no conducen bien electricidad ni calor.
Puentes de hidrógeno
Los puentes de hidrógenos o enlaces de hidrógeno son interacciones débiles entre un átomo de hidrógeno unido a un elemento electronegativo con otro elemento electronegativo.
En un enlace covalente polar que contiene hidrógeno (por ejemplo, un enlace O-H en una molécula de agua), el hidrógeno tendrá una carga positiva ligera porque los electrones de enlace se tiran más fuertemente hacia el otro elemento.
Debido a esta ligera carga positiva, el hidrógeno será atraído por cualquier carga negativa vecina.
Enlaces de Van der Waals
Son fuerzas eléctricas relativamente débiles que atraen moléculas neutras entre sí en gases, en gases licuados y solidificados y en casi todos los líquidos orgánicos y sólidos.
Las fuerzas se nombran para el físico holandés Johannes Diderik van der Waals, que en 1873 primero postuló estas fuerzas intermoleculares en el desarrollo de una teoría para explicar las propiedades de los gases reales.
Las fuerzas de Van der Waals es un término general utilizado para definir la atracción de fuerzas intermoleculares entre moléculas.
Hay dos clases de fuerzas de Van der Waals: las Fuerzas de dispersión de London que son débiles y fuerzas dipolo-dipolo más fuertes.
Referencias
- Anthony Capri, A. D. (2003). Chemical Bonding: The Nature of the Chemical Bond. Retrieved from visionlearning visionlearning.com
- Camy Fung, N. M. (2015, Agosto 11). Covalent Bonds. Tomado de chem.libretexts chem.libretexts.org
- Clark, J. (2017, Febrero 25). Metallic Bonding. Tomado de chem.libretexts chem.libretexts.org
- Encyclopædia Britannica. (2016, Abril 4). Metallic bond. Tomado de britannica britannica.com.