Enlaces Quimicos

Enlace químico y nomenclatura

Introducción

El mundo material que nos rodea está formado por elementos, compuestos y mezclas. Si observas a tu alrededor te darás cuenta que las rocas, la tierra, los árboles, las nubes, los seres humanos, etc. son mezclas complejas de elementos y compuestos químicos en los que necesariamente hay distintos tipos de átomos enlazados entre sí.

Uno de los aspectos más relevantes de la química es la búsqueda de explicaciones del cómo y el por qué se unen los átomos.

La forma en que los átomos se enlazan ejerce un efecto profundo sobre las propiedades físicas

y químicas de las sustancias.

Un ejemplo de ello lo encontramos en el grafito y el diamante, los cuales son alótropos del carbono. El grafito es un material suave, resbaloso y quebradizo, que se emplea como lubricante de cerradura y para escritura. El diamante es uno de los materiales más duros que se conoce, valioso como piedra preciosa y utilizada para fabricar herramientas de corte industrial. Entonces, te preguntarás ¿Por qué estos materiales formados únicamente por átomos de carbono presentan propiedades tan diferentes?

La respuesta se encuentra en las distintas formas en que los átomos de carbono se enlazan entre sí. En el grafito los átomos de carbono, forman capas de forma hexagonal, que al deslizarse sobre una hoja de papel van quedando sobre la superficie, en cambio en el diamante, éstos mismos átomos se unen formando estructuras tetraédricas mucho más rígidas.

En las unidades anteriores hemos tenido la oportunidad de aprender los conceptos básicos de la química, además se ha estudiado al átomo y su estructura, pero no hemos analizado cuál es la forma en que se unen para formar moléculas y qué fuerzas son las que los mantienen unidos.

Enlace químico y electrones de valencia

En esta unidad nos enfocaremos a conocer a nivel submicroscópico la forma en que interaccionan los átomos e iones para comprender a nivel macroscópico, algunas de las propiedades físicas y químicas de las sustancias.

El enlace químico se define como la fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos, moléculas e iones, la cual siempre es de naturaleza eléctrica.

El enlace químico también puede definirse como las distintas formas como se unen químicamente, los átomos e iones entre sí, para formar moléculas o grandes entramados de millones de átomos e iones llamadas redes cristalinas.

Existen varios tipos de enlaces químicos: iónicos, covalentes (simple, doble, triple, coordinado), metálicos, asi como las interacciones que se dan entre las moléculas (enlace puente de hidrógeno y fuerzas de van der Waals), los cuales abordaremos un poco más adelante.

Electrones de valencia

A los electrones externos de un átomo se les conoce como electrones de valencia. Estos juegan un papel muy importante en la formación de los enlaces químicos entre los átomos e iones y son los responsables de las propiedades químicas.

El término valencia se deriva del latín «valere» que significa, «ser fuerte» o tener capacidad y valentía.

Debemos a Edward Frankland el concepto de «poder de combinación», que luego derivó en el de «valencia». Frankland encontró que átomos como N, P, As y Sb se combinaban con radicales orgánicos en las relaciones 1:3 y 1:5, mientras que Zn, Hg y O lo hacían en la relación 1:2. Con lo que concluyó:

… independientemente de cuál pueda ser el carácter de los átomos que se unen con otro dado, el poder de combinación del elemento atractivo se satisface siempre con el mismo número de aquellos átomos. E. Frankland, 1852.

La valencia de un átomo se definió originalmente cómo el número de átomos de hidrógeno que se pueden combinar con un átomo de un elemento dado. Así, la valencia del oxígeno en la molécula de agua (H2O) es 2; y en el amoníaco (NH3), la valencia del nitrógeno es 3.

Habría que recordar en buena medida que la sistematización del trabajo de Mendeleiev en 1869, se debió al uso de la valencia de los elementos, ya que el uso del peso atómico como único factor de clasificación le impedía ordenar algunos elementos. La valencia de los elementos pudo ser entendida por los químicos, hasta que se avanzó en el conocimiento de la estructura del átomo.

Sin embargo, el número de oxidación ha venido desplazando al término valencia, porque éste permite definir con mayor precisión la capacidad de combinación de un elemento en un compuesto.

Regla del octeto

Las primeras ideas acerca del papel que juegan los electrones en la formación de los enlaces químicos, fueron las de Kossel y Lewis. Sus interpretaciones fueron más o menos complementarias, Walter Kossel en 1916, subrayó el fenómeno de la transferencia electrónica y Gilbert Newton Lewis en 1913, la compartición de electrones, pero ambos partieron de la misma premisa: la observación de que las configuraciones electrónicas de los gases nobles son extremadamente estables y la hipótesis de que los átomos tienden a adquirir dicha configuración cuando pierden, ganan o comparten electrones.

Como los gases nobles, a excepción del helio, tienen ocho electrones en su capa de valencia, la teoría de Lewis se conoce como teoría del octeto.

El químico alemán Walter Kossel propuso que esta estructura electrónica estable de 8 electrones, se logra cuando los átomos ceden o aceptan electrones y el norteamericano Gilbert Newton Lewis cuando los átomos comparten electrones.

Es muy importante tomar en cuenta lo siguiente:

1. La existencia de muchos compuestos en los que están presentes átomos rodeados por menos o más de ocho electrones, trajo más tarde la necesidad de reformular la regla del octeto, ya que presenta limitaciones, como la de no funcionar para todos los elementos representativos y los elementos de transición y transición interna, debido a la existencia de orbitales d y f, respectivamente.

Estructuras de Lewis

En 1913, Gilbert Newton Lewis propuso una representación pictórica para los electrones de valencia, en la que utilizó puntos, círculos o cruces, con la finalidad de explicar didácticamente,

la forma cómo se transfieren o comparten los electrones cuando los átomos se unen.

En las estructuras de Lewis para los elementos representativos, el símbolo del elemento,

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