Enlace covalente

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Los primeros conceptos de la unión covalente surgieron de este tipo de imagen de la molécula de metano. El enlace covalente está implícito en la estructura de Lewis indicando electrones compartidos entre los átomos.

Un enlace covalente entre dos átomos o grupos de átomos se produce cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, comparten electrones del último nivel.[1] La diferencia de electronegatividades entre los átomos no es lo suficientemente grande como para que se produzca una unión de tipo ionica, en cambio, solo es posible la comparticion de electrones con el fin de alcanzar la mayor estabilidad posible; para que un enlace covalente se genere es necesario que el delta de electronegatividad sea menor a 1,7.

De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se producen entre átomos de un mismo no metal y entre distintos no metales. Cuando distintos átomos de no metales se unen, a pesar de que ocurra el compartimento electrónico, uno de ellos resultara mas electronegativo que el otro por lo que tendrá tendencia a atraer los electrones hacia su núcleo; esto genera un dipolo eléctrico (o molécula polar) como es el caso del agua. Estas polaridades permiten que las moléculas del mismo compuesto se atraigan entre si por fuerzas electrostáticas relativamente débiles, pero lo suficientemente fuertes para, en la mayoría de los casos, crear un estado de agregación líquido a la sustancia. Por contrario, cuando átomos de un mismo elemento no metálico se unen covalentemente, su delta de electronegatividad es cero, no se crean dipolos. Ahora, las moléculas entre si poseen prácticamente una atracción nula lo que explica que moléculas diatomicas como el Hidrógeno, Nitrógeno o Flúor se encuentren en estado gaseoso. Sin embargo existe una leve atracción: En un átomo de una molécula, en algún momento dado, un electrón orbitando puede generar un exceso de carga negativa momentáneo e ínfimo en un punto especifico del espacio, por los movimientos aleatorios y rápidos de estas partículas, la densidad negativa creada es rápidamente equiparada con otro electrón que sufra la misma situación; sin embargo, estas creaciones instantáneas y cortas de polaridad provocan una muy leve atracción entre las moleculas no polares.

El enlace covalente se presenta cuando dos átomos comparten electrones para estabilizar la unión.

A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro; en el enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones, es decir se unen a través de sus electrones en el último orbital, el cual depende del número atómico en cuestión. Entre los dos átomos pueden compartirse uno, dos o tres pares de electrones, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple, doble o triple respectivamente. En la representación de Lewis, estos enlaces pueden representarse por una pequeña línea entre los átomos.

Historia[editar]

El término «covalencia» en relación a la unión fue utilizada por primera vez en 1919 por Irving Langmuir en artículo del Journal of the American Chemical Society titulado «The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules» (La distribución de electrones en átomos y moléculas). Langmuir escribió: «designaremos con el término covalencia el número de pares de electrones que un determinado átomo comparte con sus vecinos».[2]

La idea de la unión covalente se puede remontar varios años antes hasta Gilbert N. Lewis, quien en 1916 describió el intercambio de pares de electrones entre los átomos.[3] Introdujo la notación de Lewis o notación de puntos de electrones o estructura de puntos de Lewis, en el que la valencia de los electrones (los de la capa exterior) se representa en forma de puntos en torno a los símbolos atómicos. Los pares de electrones localizados entre átomos representan enlaces covalentes. Múltiples parejas representan enlaces múltiples, tales como enlaces dobles y enlaces triples. Una forma alternativa de representación, que no se muestra aquí, tiene los pares de electrones de formación de enlaces representados como líneas sólidas.

Lewis propuso que un átomo forma suficientes enlaces covalentes para formar una capa electrónica exterior completa (o cerrada). En el diagrama del metano que se muestra aquí, el átomo de carbono tiene una valencia de cuatro y está, por lo tanto, rodeado por ocho electrones (la regla del octeto), cuatro del carbono mismo y cuatro de los hidrógenos unidos a él. Cada hidrógeno tiene una valencia de uno y está rodeado por dos electrones (una regla del dueto), su propio electrón más uno del carbono. El número de electrones corresponden a capas completas en la teoría cuántica del átomo; la capa exterior de un átomo de carbono es la capa n = 2, con capacidad para ocho electrones, mientras que la capa exterior (y única) de un átomo de hidrógeno es la capa n = 1, con capacidad para sólo dos.

Si bien la idea de los pares de electrones compartidos proporciona una imagen cualitativa efectiva de la unión covalente, es necesaria la mecánica cuántica para entender la naturaleza de estas uniones y predecir las estructuras y propiedades de las moléculas simples. Walter Heitler y Fritz London dieron la primera explicación con éxito de un enlace químico aplicando la mecánica cuántica, en concreto del hidrógeno molecular, en 1927.[4] Su trabajo se basó en el modelo de enlace de valencia, que asume que un enlace químico se forma cuando hay una buena coincidencia entre los orbitales atómicos de los átomos participantes. Estos orbitales atómicos se sabe que tienen relaciones angulares específicas entre ellos, y por lo tanto el modelo de enlace de valencia pueden predecir con éxito los ángulos de enlace observados en moléculas simples.

Tipos de sustancias covalentes[editar]

Existen dos tipos de sustancias covalentes:

Sustancias covalentes moleculares: los enlaces covalentes forman moléculas que tienen las siguientes propiedades:

Redes o sustancias covalentes reticulares: Además las sustancias covalentes forman redes cristalinas, semejantes a los compuestos iónicos, que tienen estas propiedades:

  • Elevadas temperaturas de fusión y ebullición.
  • Son sólidos.
  • Son sustancias muy duras.
  • Son aislantes (excepto el grafito).
  • Son insolubles.

Definición del enlace covalente[editar]

Considérense átomos de hidrógeno, a medida que se aproximan entre sí, se van haciendo notar las fuerzas que atraen a cada electrón al núcleo del otro átomo, hasta que dichas fuerzas de atracción se llegan a compensar con la repulsión que los electrones sienten entre sí. En ese punto, la molécula presenta la configuración más estable.

Lo que ha sucedido es que los orbitales de ambos electrones se han traslapado, de modo que ahora es imposible distinguir a qué átomo pertenece cada uno de los electrones.

Sin embargo, cuando los átomos son distintos, los electrones compartidos no serán atraídos por igual, de modo que estos tenderán a aproximarse hacia el átomo más electronegativo, es decir, aquel que tenga una mayor apetencia de electrones. Este fenómeno se denomina polaridad (los átomos con mayor electronegatividad obtienen una polaridad más negativa, atrayendo los electrones compartidos hacia su núcleo), y resulta en un desplazamiento de las cargas dentro de la molécula.

Se podría decir que al átomo más electronegativo no le gusta mucho compartir sus electrones con los demás átomos, y en el caso más extremo, deseará que el electrón le sea cedido sin condiciones formándose entonces un enlace iónico, de ahí que se diga que los enlaces covalentes polares tienen, en alguna medida, carácter iónico.

Cuando la diferencia de electronegatividades es nula (dos átomos iguales), el enlace formado será covalente puro; para una diferencia de electronegatividades de 1,9 el carácter iónico alcanza ya el 35 %, y para una diferencia de 3, será del 49,5 %.

Así pues, para diferencias de electronegatividades mayores de 3 el enlace será predominantemente de carácter iónico, como sucede entre el oxígeno o flúor con los elementos de los grupos 1 y 2; sin embargo, cuando está entre 0 y 1,9 será el carácter covalente el que predomine, como es el caso del enlace C-H. No obstante, según el químico Raymond Chang, esta diferencia de electronegatividad entre los átomos debe ser 2,0 o mayor para que el enlace sea considerado iónico (Chang, 371).(bibliografía abajo)

Dependiendo de la diferencia de electronegatividad, el enlace covalente puede ser clasificado en covalente polar y covalente puro o apolar. Si la diferencia de electronegatividad está entre 0,4 y 1,7 es un enlace covalente polar, y si es inferior a 0,4 es covalente apolar.

Enlace covalente polar[editar]

Cuando un mismo átomo aporta el par de electrones, se dice que el enlace covalente es dativo. Aunque las propiedades de enlace covalente dativo son parecidas a las de un enlace covalente normal (dado que todos los electrones son iguales, sin importar su origen), la distinción es útil para hacer un seguimiento de los electrones de valencia y asignar cargas formales. Una base dispone de un par electrónico para compartir y un ácido acepta compartir el par electrónico para formar un enlace covalente coordinado.

Características del enlace covalente polar[editar]

  • Enlace sencillo ó simple: se comparten 2 electrones de la capa de valencia.
  • Enlace doble: se comparten cuatro electrones, en dos pares, de la capa de valencia.
  • Enlace triple: se comparten 6 electrones de la capa de valencia en 3 pares.
  • Enlace cuádruple: es la unión de 8 electrones de la capa de valencia en 4 pares .
  • Enlace quíntuple: es la unión de 10 electrones de la capa de valencia en 5 pares.

En general cuando un átomo comparte los dos electrones para uno solo se llama enlace covalente dativo y se suele representar con una flecha (→).

Enlace covalente apolar[editar]

Se forma entre átomos iguales o diferentes, y la diferencia de electronegatividad debe ser cero o muy pequeña (menor que 0,4).

En este enlace, los electrones son atraídos por ambos núcleos con la misma intensidad, generando moléculas cuya nube electrónica es uniforme.

Tipo de enlaces y reactividad de una sustancia[editar]

En los enlaces sigma pueden ocurrir las siguientes reacciones (reacciones químicas):

  • sustitución, donde un átomo es sustituido por otro, lo reemplaza;
  • eliminación, donde un átomo se elimina de la molécula. Generalmente en esta reacción se forma un enlace pi.

Sobre los enlaces pi ocurre la adición, donde se agregan por lo general dos átomos y se forman dos enlaces sigma. En el ejemplo se muestra la adición de un sólo átomo:

  • los enlaces sigma no polares de un átomo saturado son muy poco reactivos y para fines prácticos podemos considerarlos inertes;
  • los enlaces sigma no polares que entran a un átomo insaturado son algo más reactivos, por el efecto del enlace pi;
  • los enlaces sigma polares son no reactivos;
  • los enlaces pi son reactivos.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Enlace covalente en Google Libros.
  2. "we shall denote by the term covalence the number of pairs of electrons that a given atom shares with its neighbors." «The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules». Journal of the American Chemical Society 41 (6):  pp. 868–934. 1919-06-01. doi:10.1021/ja02227a002. 
  3. «The atom and the molecule». Journal of the American Chemical Society 38 (4):  pp. 762–785. 1916-04-01. doi:10.1021/ja02261a002. 
  4. W. Heitler and F. London, Zeitschrift für Physik, vol. 44, p. 455 (1927). English translation in Hettema, H. (2000). Quantum chemistry: classic scientific papers. World Scientific. pp. 140–. ISBN 978-981-02-2771-5. Consultado el 2012-02-05. 

Enlaces externos[editar]