Los componentes básicos de la materia, desde las células del cuerpo humano hasta el aire, el agua y los minerales, están formados por diferentes tipos de átomos y moléculas (Castillero Mimenza, 2017). Estas diminutas partículas, consideradas la unidad fundamental de la materia, permiten comprender diversos procesos biológicos, como la despolarización, que son relevantes para las neurociencias. Sin embargo, la formación de organismos vivos o de los diversos materiales que se observan cotidianamente requiere que los átomos se agrupen e interactúen de forma específica. En correspondencia con Castillero Mimenza (2017), la química, a través del estudio de la composición de la materia, ha logrado identificar los elementos que posibilitan la unión entre los átomos: los llamados enlaces químicos.
Los Enlaces Químicos: La Base de la Materia
Un enlace químico es el resultado de la unión entre átomos, moléculas o iones que dan lugar a compuestos más complejos y estables, modificando sus propiedades físicas y químicas (Ondarse Álvarez, 2021). Para lograr una mayor estabilidad, los átomos complementan sus cargas eléctricas compartiendo, cediendo o aceptando electrones de su capa más externa, formando así iones (positivos o negativos) que se atraen entre sí por la fuerza electrostática. La razón de este comportamiento, de conformidad con Ondarse Álvarez (2021), es que los protones del núcleo atómico tienen carga positiva y los electrones que lo rodean tienen carga negativa, por lo que los átomos buscan equilibrar sus cargas eléctricas.
La atracción entre el electrón y el núcleo depende de la posición, la electronegatividad y la estabilidad electrónica de cada átomo, y puede ser tan fuerte que impide la repulsión entre átomos (Castillero Mimenza, 2017). Así se forma un enlace químico en el que un átomo pierde electrones y otro los gana, alcanzando un estado final en el que los dos átomos juntos tienen una carga eléctrica estable (Castillero Mimenza, 2017). De esta manera, en correspondencia con Zita Fernandes (2020), se originan todos los compuestos que existen en la naturaleza.
Características
Polaridad
La polaridad es una propiedad de las moléculas que se forman por enlaces covalentes, y que depende de la naturaleza de los átomos que se unen (Ondarse Álvarez, 2021). Cuando dos átomos del mismo elemento o de elementos con una diferencia de electronegatividad muy pequeña (menor que 0.4) se enlazan, el par de electrones que comparten es atraído por ambos átomos con igual fuerza, lo que hace que la distribución de cargas eléctricas sea uniforme en la molécula. A estas moléculas se les llama "no polares o apolares" y a este tipo de enlace "enlace covalente apolar". Por el contrario, cuando dos átomos de elementos con una diferencia de electronegatividad mayor que 0.4 se enlazan, el átomo más electronegativo atrae más los electrones del enlace, lo que genera una distribución de carga no uniforme en la molécula. En correspondencia con Ondarse Álvarez (2021), estas moléculas se les llama “polares" y a este tipo de enlace "enlace covalente polar".
Electrovalencia
La característica principal de los enlaces iónicos es que los átomos que los forman tienen una gran diferencia de electronegatividad (mayor que 2), lo que hace que uno ceda y el otro reciba electrones al unirse (Ondarse Álvarez, 2021). De acuerdo con Ondarse Álvarez (2021), esta capacidad eléctrica de los átomos se le llama electrovalencia, y depende de que algunos elementos sean naturalmente más propensos a ser "dadores" de electrones (grupos IA, IIA, IIIA de la tabla periódica) y otros sean, por el contrario, “aceptores" (grupos VA, VIA y VIIA).
Mar de Electrones
Un fenómeno que ocurre entre los átomos metálicos de un mismo tipo que se unen por enlaces metálicos se conoce como "mar de electrones" (Ondarse Álvarez, 2021). Esto significa que los núcleos atómicos están rodeados por un mar de sus electrones. Conforme con Ondarse Álvarez (2021), los metales tienen baja electronegatividad, brillo y maleabilidad, propiedades que se deben a la naturaleza del enlace que los une en su estado sólido: un orden rígido que mueve a los electrones de valencia de sus orbitales, lo que permite una gran conducción de la electricidad y el calor, y la capacidad de reflejar casi toda la luz que los ilumina.
Ruptura de Enlaces Químicos
Bajo ciertas condiciones, se puede producir la ruptura de los enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos de una sustancia (Ondarse Álvarez, 2021). Esto ocurre cuando se les aplica calor, electricidad u otras sustancias que interfieren con la unión y provocan la liberación de los átomos. Un ejemplo de esto es la “electrólisis", un proceso en el que se separan el hidrógeno y el oxígeno que forman el agua al someterla a una corriente eléctrica. Según Ondarse Álvarez (2021), otro ejemplo es la desnaturalización de una proteína, que consiste en la destrucción de sus enlaces químicos al exponerla a una temperatura muy alta.
Principales Tipos de Enlaces Químicos
Los diferentes átomos se unen para formar las distintas moléculas mediante tres principales tipos de enlace químico (Castillero Mimenza, 2017). La naturaleza de estos enlaces depende de los tipos de átomos que intervienen, que pueden ser metálicos o no metálicos. En correspondencia con Castillero Mimenza (2017), los átomos metálicos tienen una limitada tendencia a atraer electrones, mientras que los átomos no metálicos tienen mucha.
Enlace Iónico
Se denomina enlace iónico a la fuerza que mantiene unidos a un elemento metálico, como por ejemplo el sodio o el magnesio, y a un elemento no metálico, verbigracia el cloro o el azufre (Zita Fernandes, 2020). Cuando el núcleo del elemento no metálico atrae al electrón más externo del elemento metálico, este último se lo cede al primero (Castillero Mimenza, 2017). Así, se originan compuestos estables de naturaleza electroquímica (Castillero Mimenza, 2017). Al perder electrones, el metal se convierte en un ion positivo llamado catión (Zita Fernandes, 2020). Por el contrario, al ganar electrones, el no metal se transforma en un ion negativo llamado anión. Estos iones se agrupan en una red tridimensional que se sostiene por las fuerzas de atracción electrostática entre las cargas opuestas. Según Zita Fernandes (2020), estas fuerzas se les conoce como compuestos iónicos.
La corteza terrestre está compuesta principalmente por este tipo de compuestos. Muchas rocas, minerales y piedras preciosas son ejemplos de compuestos iónicos (Zita Fernandes, 2020). Por ejemplo: el cloruro de sodio NaCl, donde el sodio, que es el metal, le entrega un electrón al cloro, que es el no metal. O el cloruro de magnesio MgCl2, donde el magnesio Mg dona dos electrones a dos átomos de cloro (Zita Fernandes, 2020). Los materiales que resultan de este tipo de enlace suelen ser duros y requieren mucha energía para fundirse, pero también se pueden comprimir y quebrar con facilidad (Castillero Mimenza, 2017). Además, en correspondencia con Castillero Mimenza (2017), suelen disolverse fácilmente.
Enlace Covalente
Los átomos que poseen propiedades electronegativas similares o idénticas pueden formar un tipo de enlace llamado covalente, en el que se comparten los electrones entre ellos sin alterar su cantidad (Castillero Mimenza, 2017). Este enlace es común en la materia orgánica, como por ejemplo la que constituye el organismo humano, y tiene más estabilidad que el enlace iónico. Además, los compuestos que presentan este enlace suelen tener un punto de fusión bajo y no conducen electricidad en general (Castillero Mimenza, 2017). Zita Fernandes (2020) menciona que, según la afinidad por los electrones de los átomos y el número de electrones compartidos, el enlace covalente puede clasificarse en varios tipos.
Uno de estos tipos es el enlace covalente no polar o puro, el cual se produce cuando los electrones se distribuyen de manera equitativa entre los dos átomos que constituyen la molécula (Zita Fernandes, 2020). Esto sucede cuando la molécula es simétrica, es decir, cuando está compuesta por dos átomos del mismo elemento, como por ejemplo el hidrógeno, el oxígeno o el carbono (Castillero Mimenza, 2017; Zita Fernandes, 2020). De acuerdo con Castillero Mimenza (2017), estas moléculas de ningún modo se disuelven en agua.
Otro tipo es el enlace covalente polar, el cual se da cuando los electrones se concentran más en uno de los átomos que en el otro, debido a que tiene una mayor atracción por ellos (Zita Fernandes, 2020). Esto genera una diferencia de carga entre los extremos de la molécula, las cuales se denominan polos (Zita Fernandes, 2020). Los electrones no se pierden ni se ganan en este tipo de enlace, sino que se comparten de manera desigual (Castillero Mimenza, 2017). En correspondencia con Zita Fernandes (2020), un ejemplo de este tipo de enlace es el fluoruro de hidrógeno H-F, donde el flúor tiene una mayor electronegatividad que el hidrógeno y por lo tanto atrae más a los electrones compartidos.
Los átomos que forman los enlaces covalentes comparten entre ellos una cierta cantidad de pares de electrones, que puede ser uno, dos o tres (Ondarse Álvarez, 2021). Esto determina si el enlace es simple, doble o triple, respectivamente. A mayor número de electrones compartidos, mayor es la fuerza del enlace y mayor es la energía necesaria para romperlo (Ondarse Álvarez, 2021). El tipo más sencillo de enlace covalente es el enlace simple, que se da cuando dos átomos aportan un electrón cada uno para formar un par de electrones compartido (Zita Fernandes, 2020). Los enlaces covalentes simples se simbolizan con una línea sencilla A - A (Ondarse Álvarez, 2021). Un ejemplo de este tipo de enlace es el que se establece entre dos átomos de cloro, que tienen siete electrones de valencia y necesitan uno más para completar su capa externa. Al unirse, en correspondencia con Zita Fernandes (2020), forman la molécula de cloro Cl2, que es más estable que los átomos aislados.
Otro tipo de enlace covalente es el doble, que se produce cuando dos átomos comparten dos pares de electrones, es decir, cuatro electrones en total (Zita Fernandes, 2020). Los enlaces covalentes dobles se simbolizan con dos líneas paralelas A = A (Ondarse Álvarez, 2021). Un ejemplo de este tipo de enlace es el que se produce entre dos átomos de oxígeno, que tienen cada uno seis electrones en su última capa y necesitan dos más para alcanzar la estabilidad. En correspondencia con Zita Fernandes (2020), al compartir cuatro electrones en total, ambos átomos quedan con ocho electrones en su capa de valencia.
Otro tipo de enlace covalente es el enlace covalente triple, el cual implica la compartición de tres pares de electrones, es decir, seis electrones en total entre dos átomos (Zita Fernandes, 2020). Los enlaces covalentes triples se representan con tres líneas paralelas A ≡ A (Ondarse Álvarez, 2021). Zita Fernandes (2020) menciona que, un ejemplo de este tipo de enlace es el que existe entre el carbono y el nitrógeno en la molécula de cianuro de hidrógeno H - C - N, donde el carbono aporta cuatro electrones y el nitrógeno dos.
Finalmente, el enlace covalente coordinado o dativo es el que se forma cuando solo uno de los átomos del enlace proporciona los dos electrones que se comparten (Zita Fernandes, 2020). Un ejemplo de este tipo de enlace es el que se genera entre el nitrógeno del amoníaco NH3 y el boro del trifluoruro de boro BF3, donde el nitrógeno dona un par de electrones al boro, que no tiene ninguno para compartir. De esta forma, de acuerdo con Zita Fernandes (2020), ambos átomos consiguen tener ocho electrones en su capa de valencia.
Enlace Metálico
El enlace metálico es la fuerza de atracción que une a los elementos metálicos, como el sodio (Na), el bario (Ba), el calcio (Ca), el magnesio (Mg), el oro (Au), la plata (Ag) y el aluminio (Al) (Zita Fernandes, 2020). Esta fuerza se origina por la interacción entre los iones positivos y los electrones negativos que fluyen libremente entre ellos (Zita Fernandes, 2020). Los iones positivos conforman una red cristalina en la que los electrones negativos se desplazan fácilmente, siguiendo patrones regulares (Castillero Mimenza, 2017). Esta estructura determina las propiedades de los metales, que suelen ser sólidos, resistentes y maleables, es decir, que se pueden moldear sin quebrarse (Castillero Mimenza, 2017). Además, los átomos de metal están muy compactados, lo que facilita el movimiento de los electrones dentro de la red de átomos (Zita Fernandes, 2020). Según Castillero Mimenza (2017), esto también explica la conductividad eléctrica de los metales, debido a que sus electrones son libres.
Enlaces Químicos Entre Moléculas
Los enlaces químicos principales no son los únicos que se pueden formar entre las moléculas, sino que también existen otras modalidades a nivel molecular (Castillero Mimenza, 2017). Una de ellas es el enlace por Fuerzas de Van der Waals o Dipolo - Dipolo, la cual se produce entre moléculas simétricas que se atraen o repelen según la interacción de sus moléculas o de sus iones (Castillero Mimenza, 2017). Este tipo de enlace puede ser de tres clases: entre dos dipolos permanentes, entre dos dipolos inducidos o entre un dipolo permanente y uno inducido (Castillero Mimenza, 2017). Un ejemplo de este enlace es el que se da entre las moléculas de metanal H2C = O, que son polares y tienen una carga parcial negativa en el oxígeno y una carga parcial positiva en los hidrógenos (Zita Fernandes, 2020). De esta manera, de acuerdo con Zita Fernandes (2020), el lado positivo de una molécula de metanal se siente atraído por el lado negativo de otra molécula de metanal.
Otra modalidad de enlace químico entre moléculas es el enlace de hidrógeno o por puente de hidrógeno, que se establece entre el hidrógeno y otro elemento con alta polaridad (Castillero Mimenza, 2017). En este enlace, el hidrógeno tiene una carga positiva y se une a átomos polares con alta electronegatividad, creando una interacción o puente entre ellos (Castillero Mimenza, 2017). Este tipo de enlace, aunque es de fuerza débil, permite que dos átomos que normalmente no se podrían juntar se conecten entre sí, creando así moléculas complejas con gran estabilidad, tanto orgánicas como inorgánicas (Castillero Mimenza, 2017; Ondarse Álvarez, 2021). Zita Fernandes (2020) menciona que, un ejemplo de este enlace es el que se forma entre las moléculas de agua H2O y de amoníaco NH3.
Referencias
Castillero Mimenza, O. (2017, septiembre 7). Los 5 Tipos de Enlaces Químicos: Así se Compone la Materia. Psicología y Mente. https://psicologiaymente.com/miscelanea/tipos-enlaces-quimicosOndarse Álvarez, D. (2021). Enlace Químico: Tipos, Ejemplos y Características. Enciclopedia Humanidades. https://humanidades.com/enlace-quimico/
Zita Fernandes, A. (2020, noviembre 3). Los 10 Tipos de Enlaces Químicos. Diferenciador. https://www.diferenciador.com/tipos-de-enlaces-quimicos/
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