4. Enlace fuerte | 🔗 Enlace químico | Joseleg

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Los enlaces fuertes son fuerzas intermoleculares que mantienen unidos los átomos en las moléculas. Los enlaces fuertes se forman ya sea por compartir electrones generando una unión o mediante la transferencia de electrones que genera una atracción electrostática. Existen varios tipos generales de enlaces fuertes, aunque en realidad deberíamos hablar de dos: Iónico-Covalente y Metálico (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry, Castellion, & Ballantine, 2007; Timberlake, 2015).

Enlace iónico

Regla heurística rápida: Enlace formado entre un metal y un no metal. El enlace iónico es un tipo de enlace químico que involucra la atracción electrostática entre dos iones opuestos que funcionan como los dos polos de un dipolo magnético “un imán”. La naturaleza del enlace iónico es la que le da sus propiedades a los compuestos iónicos y a los iones. En el enlace iónico uno de los átomos cede un electrón tornándose positivo, mientras que otro átomo adquiere un electrón, tornándose negativo. Cuando los átomos han adquirido o perdido electrones se los denomina iones. Los positivos reciben el nombre de CATIONES y los negativos de ANIONES. La transferencia casi total de los electrones se denomina electrovalencia, ya que el poder de combinación es mediado por la carga electrostática y no por compartir electrones (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

Figura 4‑1. El empaquetamiento de las sustancias iónicas generan cristales muy estables, por lo que tienden a ser sólidos duros y cristalinos.

Por norma general los metales tienen la tendencia a perder electrones, mientras que los no metales tienden a atraerlos, sin embargo, esas tendencias dependen de propiedades diferentes del poder de combinación de los elementos, de allí que la mera regla del octeto no nos ayuda a predecir muchas situaciones. Los iones pueden son monoatómicos o poliatómicos, lo que importa es la naturaleza monopolar del ion debido a haber adquirido o perdido un electrón (Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; McMurry et al., 2007; Timberlake, 2015).

El continuo iónico – covalente: extremo iónico

El continuo iónico covalente es una idea que emerge de la naturaleza del enlace químico fuerte, y es que no hay un núcleo atómico lo bastante fuerte como para despojar de la nube de electrones a otro átomo de forma permanente. Un núcleo muy fuerte como el Flúor puede transferir el electrón de otro átomo hacia sí mismo la mayoría del tiempo, pero en algún microinstante el electrón puede transferirse al núcleo del elemento más débil, por lo que no existe un enlace iónico perfecto.

En otras palabras, todo enlace iónico posee algún nivel de covalencia, es decir de compartir electrones entre los núcleos, estamos hablando por lo tanto de una propiedad cualitativa con una escala continua y no de una propiedad cualitativa de blanco o negro. Ahora la pregunta es ¿Cómo diferenciar un enlace iónico de un enlace covalente? Existen dos formas de responder esta pregunta la mayoría de las veces, pero el lector deberá tener en cuenta que algunas moléculas pueden no comportarse de acuerdo con los siguientes lineamientos:

👉 Cuando el valor absoluto de la diferencia de electronegatividades |Δχ| es superior a un rango de  1.7 a 2.1 (dependiendo de la fuente)._.

👉 Dado que los metales tienen bajas electronegatividades y los no metales altas electronegatividades lo anterior se puede resumir con que, se forman enlaces iónicos entre metales y no metales, siendo los metales quienes asumen la carga positiva y los no metales la carga negativa.

Propiedades del enlace iónico

El enlace iónico es fuerte pero inflexible, es muy frágil, de forma tal que en presencia de agua o cualquier solvente polar tienen la tendencia a romperse. Una vez rotos y en solución, los compuestos iónicos son capaces de conducir la electricidad con facilidad, pero el sólido no lo hace. Los puntos de fusión tienden a depender de la diferencia de electronegatividades, a mayor diferencia más fuerte el enlace, más difícil romperlo con calor y por lo tanto funden a mayor temperatura, o se solubilizan más difícilmente. Sin embargo, hay que tener en cuenta que muchas de esas tendencias tienen excepciones notables. La geometría molecular del enlace iónico sigue las reglas del máximo empaquetamiento posible (Imagen anterior) debido a que no existen pares de electrones que se repelan mutuamente. Sin esos “espacios ocupados” los átomos iónicos pueden empaquetarse de la forma más eficiente posible.

Enlace covalente

Regla heurística rápida: enlace formado entre no metales. Un enlace covalente es un tipo de enlace que involucra la formación de una pareja de electrones compartida por dos núcleos atómicos, en este caso ninguno de los dos átomos adquiere una naturaleza polar fuerte, por lo que la atracción se da por la atracción electrostática del par de electrones enlazantes. A diferencia del enlace iónico, el encale covalente tiene diferentes subtipos como el enlace pi, el enlace sigma, enlace deslocalizado o el enlace covalente polar. El termino covalente se origina en 1932 y señala un tipo de enlace de valencia compartida.

El continuo iónico – covalente: extremo covalente

El continuo iónico covalente no tiene un extremo iónico perfecto, pero si tiene un extremo covalente perfecto. Dos átomos con la misma electronegatividad pueden unirse entre sí al compartir de forma perfecta dos electrones, sin que uno lo tenga más tiempo que el otro. A partir de aquí uno puede empezar a decir que cualquier enlace donde exista una diferencia de electronegatividades, así sea leve tendrá algunas características del enlace iónico, y de hecho así es, por tal razón en el continuo iónico covalente emerge un tercer concepto intermedio llamado covalente polar. El enlace covalente polar se caracteriza porque, aunque los electrones se comparten, ellos tienden a pasar más tiempo alrededor del núcleo más electronegativo creando un dipolo leve, con una carga parcial negativa en el átomo más electronegativo y una carga parcial positiva en el extremo menos electronegativo, lo cual hace que estas sustancias no se comporten idealmente en pequeños instantes. 

Enlace covalente perfecto

Regla heurística rápida: enlace formado entre átomos de un mismo elemento. También llamado NO polar, es aquel formado por núcleos con la misma electronegatividad, estas moléculas no forman dipolos por lo que no pueden interactuar con otras moléculas con facilidad, por lo que no son solubles y tienden a ser gases. ¿Cómo identificar un enlace covalente perfecto? Existen dos formas de responder esta pregunta la mayoría de las veces, pero el lector deberá tener en cuenta que algunas moléculas pueden no comportarse de acuerdo a los siguientes lineamientos:

👉 Cuando el valor absoluto de la diferencia de electronegatividades |Δχ| es superior a 0. Para que la igualdad anterior se cumpla, lo común es que el enlace se forme entre átomos de un mismo elemento, como entre dos hidrógenos, dos oxígenos o incluso entre más de dos átomos de un mismo elemento.

👉 Dado lo anterior, siempre que observemos una molécula formada por dos o más átomos del mismo elemento como: H₂, O₂, Cl₂, S₈, C₆₀; definiremos que su enlace es covalente.

👉 También serán covalentes los enlaces entre carbonos de una molécula orgánica.

Enlace covalente polar

La diferencia de electronegatividades forma un dipolo magnético débil, por lo que la molécula funciona como un imán débil, en esencia tiene lo mejor de los dos extremos, posee los polos de una molécula iónica, pero no se rompe con facilidad, por lo que son moléculas estables. ¿Cómo identificar un enlace covalente polar? Existen dos formas de responder esta pregunta la mayoría de las veces, pero el lector deberá tener en cuenta que algunas moléculas pueden no comportarse de acuerdo a los siguientes lineamientos:

👉 Cuando el valor absoluto de la diferencia de electronegatividades |Δχ| es inferior a 1.7-2.1.

👉 Lo anterior se cumple comúnmente cuando los átomos involucrados en el enlace son ambos no-metales, pero de elementos diferentes.

Muestra 8.4a. ¿Cuál enlace es más polar? B - Cl o C - Cl. Indique en cada caso qué átomo tiene la carga negativa parcial.

Muestra 8.4b. ¿Cuál enlace es más polar? P - F o P - Cl. Indique en cada caso qué átomo tiene la carga negativa parcial.

Práctica 8.4.1. ¿Cuál de los siguientes enlaces es el más polar? (a) H-F, (b) H-I, (c) Se-F, (d) N-P, (e) Ga-Cl.

Práctica 8.4.2. ¿Cuál de los siguientes enlaces es más polar: S-Cl, S-Br, Se-Cl o Se-Br?

Simples y múltiples

Tanto los enlaces covalentes perfectos como los enlaces covalentes polares pueden presentarse como únicos entre dos átomos o múltiples, siendo generalmente un máximo de tres enlaces entre dos núcleos. Al primer enlace entre dos núcleos se lo denomina sigma y puede girar sobre sí mismo, mientras que los enlaces restantes se les denomina pi y son rígidos.

Enlace resonante o deslocalizado

Este se caracteriza por una molécula con un electrón sobrante como en los aniones o cationes poliatómicos. Este electrón puede formar un enlace doble o triple en cualquiera de las posiciones donde ya hay un enlace, lo cual genera una serie de posibles fórmulas, todas válidas y que probablemente se manifiestan al mismo tiempo resonando entre unas y otras, aunque posiblemente tampoco exista ninguna realmente.

Figura 4‑2. La resonancia implica generalmente enlaces dobles y simples que se alternan al azar, generando varias estructuras plausibles.

La visión alternativa sobre estos electrones sobrantes o faltantes es que hay una deslocalización de la posición del electrón, y de esta forma generando una estructura molecular que no podemos representar fácilmente. Dos ejemplos de enlace con electrón deslocalizado son el enlace aromático y el enlace metálico.

Enlace metálico

Bien, ese es el primer enlace fuerte en el que se presentan dos conceptos clave, primero, es un enlace en el que no intervienen dolo 2 núcleos y un par de electrones por enlace, en su lugar tienes miles de millones de núcleos, con miles de millones de electrones moviéndose de manera laxa entre toda la masa, generando una nube, a este tipo de movimiento lo llamamos deslocalización. La deslocalización del enlace metálico hace que los electrones se muevan fácilmente entre la gran nube de probabilidades, lo que explica la gran conductividad eléctrica de los metales, pues debido a la deslocalización de sus electrones, estos se mueven muy fácilmente o pueden ser empujados fácilmente.

Adicionalmente los núcleos y electrones pueden vibrar con facilidad, y cuando una masa de átomos vibra manifiesta calor, eso implica que el enlace metálico puede distribuir o conducir calor con facilidad. La representación de un metal puro es en consecuencia la de una sustancia cuyo estado de oxidación es neutro, es decir cero.