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Los átomos de casi todos los elementos se encuentran en combinaciones con otros átomos, ya sea del mismo elemento (ejemplo: O₂, N₂, Cl₂) o de diferentes elementos (ejemplo: H₂O, H₂SO₄). Solo los átomos del grupo 18 “grupo del neón” no se combinan naturalmente (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; Timberlake & Orgill, 2019). Cuando un átomo de un elemento se combina con otro átomo pasa a formar un compuesto, pero cuando lo hace con átomos del mismo tipo forma un elemento, aunque los átomos no se transmutan, cuando estos pasan de estar puros en un elemento para formar un compuesto todas sus propiedades organolépticas cambian, su identidad elemental es alterada para adquirir la identidad del compuesto. Esta propiedad de subsumir las propiedades del elemento y transformarse en algo nuevo y diferente al crear el compuesto fue lo que dio a los antiguos la idea de la transmutación. Sin embargo, las transformaciones químicas son muy limitadas y están gobernadas por leyes físicas muy estrictas, cosa que los alquimistas tardaron casi 2000 años en entender a las malas (Eliade & Ledesma, 1974; Levere, 2001)

Existen dos tipos de compuestos, los compuestos estequiométricos y los compuestos no estequiométricos (Bevan & Hagenmuller, 2013). Los compuestos estequiométricos son el foco de atención de este capítulo, así como las moléculas de elementos y corresponden a sustancias con una composición definida y definible en base a números enteros sencillos (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; Timberlake & Orgill, 2019). Los compuestos no estequiométricos no se ajustan a la regla de los números enteros sencillos (Bevan & Hagenmuller, 2013). Para que dos átomos interactúen entre sí para formar un compuesto o una molécula de elemento, es necesaria la existencia de alguna fuerza que los una, y a esas fuerzas se las denomina enlace químico. Existen varios tipos de enlace, pero lo que es común a todos ellos es la intervención fuerzas dipolares, en otras palabras, el modelo de trabajo mental serán los IMANES, si usted sabe cómo funciona un imán, sabrá cómo funciona la química.

Figura 2‑1. Entender el fenómeno de atracción/repulsión es vital para toda la química.

Definición general del enlace químico

Un enlace químico es una atracción permanente de dos núcleos atómicos que permite la formación de combinaciones químicas conocidas como compuestos (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; Timberlake & Orgill, 2019). La atracción tiene un punto límite, es decir, los dos átomos se moverán juntos atraídos, pero con una distancia mínima en la cual empezaran a repelerse mutuamente, esta fuerza que impide que las moléculas colapsen y los núcleos se fusionen se denomina fuerza nuclear (Bader, Hernández‐Trujillo, & Cortés‐Guzmán, 2007). Esta ambivalencia entre la atracción que forma la molécula del compuesto y la repulsión que evita que la materia colapse depende de las partículas subatómicas del átomo y del viejo juego de las cargas.

Las cargas similares se repelerán

Las cargas opuestas se atraerán

Siempre les digo a mis estudiantes que la química es falsamente compleja, ya que en el fondo muchos de los problemas se resuelven fácilmente si se conoce las reglas de atracción electrostáticas, las cuales son las mismas que cuando se tiene un par de imanes. Todos los enlaces químicos dependen del juego de las cargas, alternando polos o posiciones positivas con posiciones negativas. Un átomo normal posee tres partículas básicas, los protones, los neutrones y los electrones. Los protones se encuentran en el núcleo y generan una carga electrostática positiva, por lo que atraen la carga opuesta que es emitida por los electrones. Los neutrones no tienen carga y por lo tanto no nos interesan tanto en (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; Timberlake & Orgill, 2019).

Tipos de enlaces

Esta alternancia de positivo y negativo puede permitir que un electrón sirva como puente de forma tal que un átomo (+) esté atraído por un electrón (-) que a su vez es atraído por un átomo (+), esta alternancia de cargas puede repetirse en estructuras más complejas, pero es en esencia la misma. Aunque los electrones son la base de cualquier enlace químico, ya que son los portadores de la carga negativa, el modo en que enlazan a los átomos varía en intensidad y potencia, por lo que hemos tenido que clasificar los enlaces químicos como fuertes y débiles, y cada una de estas dos a su vez posee otra serie de subcategorías, aunque en el fondo de todas ellas siempre se encontrará el juego de las cargas.

Figura 2‑2. Los tres tipos de enlace comunes en muchas sustancias, estos dependen de la electronegatividad de los núcleos involucrados, a mayores diferencias entre la electronegatividad de los núcleos, más iónico será el enlace.

En general, los enlaces químicos fuertes están asociados a compartir electrones entre núcleos o a parejas de cargas electrostáticas muy potentes “polos iónicos” que mantienen los núcleos fijos en su posición molecular en gran medida. Los átomos en moléculas, cristales, metales y gases diatómicos se encuentran unidos por enlaces fuertes. Por otro lado, los enlaces débiles, al igual que en los anteriores son causados por cargas electrostáticas generadas por electrones, pero en este caso la presencia del electrón genera un polo negativo débil que atrae levemente los núcleos de otros átomos. Debido a la debilidad los núcleos solo se atraen ligeramente, como si fuera una tendencia estadística, pero no se mueven juntos “a menos que estén en estado sólido”, en otras palabras, no se forman moléculas.

Aunque todos los tipos de enlace son matematizables por la mecánica cuántica, en la práctica aprenderemos una serie de reglas simples que permiten predecir muchas moléculas, aunque no todas. Las predicciones tienen diferentes grados de especificidad y complejidad, y van desde la cantidad de átomos en una molécula hasta la organización tridimensional de esta (Chang, 2010; Chang & Overby, 2011; Timberlake & Orgill, 2019).