Química es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, así como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas. Y En este post abordaremos un tema muy interesante: el enlace covalente. El enlace covalente es un tipo de interacción química entre dos o más átomos que resulta en la formación de un compuesto estable, en la cual suceden unas cosas que profundizaremos en el tema.
Definición de Enlace covalente
El enlace covalente es un tipo de enlace químico que se da entre dos átomos, en el que se comparten pares de electrones. Los átomos implicados en un enlace covalente están relativamente cerca el uno del otro, mientras que los electrones involucrados se comparten equitativamente entra ambos.
Esto permite que los átomos se mantengan unidos mucho más fuertemente que en un enlace inico, donde los electrones son transferidos completamente de un átomo a otro. A nivel molecular, el enlace covalente se forma cuando los orbitales atómicos se sobreponen y comparten electrones. En conclusión, podemos decir que este tipo de enlace se caracteriza por la compartición de electrones entre dos átomos.
¿Qué diferencia hay entre el enlace covalente polar y el enlace covalente no polar?
La materia se caracteriza por su composición y sus propiedades. La composición de la materia se determina por los elementos químicos que la forman y las proporciones en las que se encuentran. La Tabla Periódica muestra todos los elementos químicos conocidos hasta el momento. Cada uno de ellos está identificado por un símbolo y un número atómico. El símbolo es una abreviatura del nombre del elemento en inglés (por ejemplo, H para hidrógeno, C para carbono, O para oxígeno, etc.), mientras que el número atómico indica el número de protones que contiene el núcleo de cada átomo de ese elemento.
Los átomos no son indivisibles, pero sí son las partículas más pequeñas de un elemento químico que tienen sus mismas propiedades. Por ejemplo, todos los átomos de hidrógeno son iguales: tienen un solo protón en su núcleo y tienen las mismas propiedades físicas y químicas. De hecho, las diferencias entre los elementos se deben a las diferentes cantidades de protones que tienen sus átomos. El oxígeno, por ejemplo, tiene ocho protones en su núcleo (su número atómico es 8), lo que le confiere propiedades distintas al hidrógeno.
En un enlace covalente polar, los electrones se comparten en forma desigual, lo que quiere decir que hay separación de cargas. En los enlaces covalentes apolares (no polares), la distribución de cargas es homogénea.
¿Cómo influyen las propiedades del enlace covalente en la estructura de una molécula?
El enlace covalente es un tipo de enlace químico en el que los átomos están unidos por compartir electrones. En una molécula, las propiedades del enlace covalente influyen en la estructura de la molécula y, a su vez, la estructura de la molécula influye en las propiedades físicas y químicas de la sustancia.
Las moléculas se forman cuando los átomos comparten electrones para cumplir con el número máximo de electrones de valencia (el número de electrones que pueden ganar o perder un átomo para alcanzar su estado más estable). El número máximo de electrones que puede compartir un átomo es igual a su número de orbitales de valencia. Los átomos tienden a compartir electrones de manera que cada átomo tenga ocho electrones en sus orbitales externos, lo cual se conoce como el «octeto regla». De acuerdo con la octeto regla, los átomos forman moléculas para cumplir con este requisito.
La formación del enlace covalente es responsable de muchas de las propiedades físicas y químicas de los materiales. Las propiedades del enlace covalente dependen del número de electrones que se comparten entre los átomos. Por ejemplo, si dos átomos comparten dos pares de electrones, se dice que el enlace es dativo o coordinado. Un ejemplo típico de una molécula con un enlace dativo es el dióxido de azufre (SO₂), en el que el azufre comparte un par de electrones con el oxígeno. En otras moléculas, como el agua (H₂O), los átomos comparten dos pares de electrones y se dice que el enlace es puente o puenteado.
Los puentes oxígeno-hidrógeno (OH) son responsables del color característico del agua, así como también su sabor y olor «picante». La fuerza del puente OH determine la temperatura a la que el agua hierve y congela. Los puentes OH son más fuertes en el agua pura que en las soluciones acuosas debido a la interacción dipolo-dipolo entre las moléculas polarizadas del agua.
La formación del puente OH también contribuye a la alta tensión superficial del agua, lo que significa que es difícil romper la superficie del líquido. La tensión superficial es responsable de muchos fenómenos interesantes, tales como el capilaridad y la flotabilidad. La capilaridad es el movimiento ascendente del agua contra la gravedad a través pequeños tubos o poros. La flotabilidad es el proceso por el cual objetos densos tienden a hundirse y los que son livianos flotan cuando se ponen sobre el agua.
¿Cómo se determinan los enlaces covalentes entre átomos?
Los enlaces covalentes se determinan mediante el uso de la teoría del orbital molecular. Esta teoría se basa en la idea de que los átomos se unen para formar moléculas mediante la compartición de electrones. En un enlace covalente, los electrones son compartidos igualmente entre los átomos que forman el enlace. Esto significa que ambos átomos tienen el mismo número de electrones en sus orbitales externos.
La teoría del orbital molecular se puede utilizar para determinar el número de electrones que están involucrados en un enlace co-valente. Se hace esto a través del uso del número atómico (Z) de cada átomo involucrado. El número atómico es el número de protones que se encuentran en el núcleo de un átomo. Los átomos con más protones en su núcleo tienden a tener más electrones en sus orbitales externos. Por lo tanto, si dos átomos tienen un Z alto, es probable que tengan un gran número de electrones para compartir. Si dos átomos tienen un Z bajo, es probable que tengan pocos electrones para compartir.
La teoría del orbital molecular se utiliza para calcular el número de electrones involucrados en un enlace covalente multiplicando el Z de cada átomo involucrado por 2. Esto da como resultado el número total de pares electrónicos que están involucrados en el enlace covalente. Por ejemplo, si un átomo de carbono (Z = 6) se une a otro átomo de carbono (Z = 6), entonces hay 12 pares electrónicos involucrados en el enlace covalente entre los dos átomos.
¿Qué papel juega la energía de enlace en el enlace covalente?
Los enlaces covalentes se forman cuando los átomos comparten electrones. La energía de enlace se produce cuando los átomos intercambian electrones y se atraen el uno al otro. Los enlaces covalentes son muy fuertes, por lo que las moléculas que los forman son muy estables. La energía de enlace es importante porque permite que las moléculas se mantengan unidas. Sin la energía de enlace, las moléculas se disolverían y serían incapaces de formar estructuras complejas como las células y los organismos vivos.
¿Qué aplicaciones tienen los enlaces covalentes en la química?
Los enlaces covalentes se forman cuando los átomos comparten electrones, y están presentes en la mayoría de las moléculas. Aunque los átomos individuales están unidos por estos enlaces, los electrones no se asocian con un átomo en particular, sino que «flotan» entre todos los átomos de la molécula. Los enlaces covalentes se forman cuando el número de electrones de valencia de un átomo es igual al número de protones en su núcleo.
La mayoría de los átomos tienen el mismo número de electrones y protones, lo que significa que tienden a formar moléculas estables. Sin embargo, algunos átomos tienen un número diferente de electrones y protones, lo que les da una «carga» eléctrica. Estas partículas cargadas (iones) se atraen electrostáticamente y forman enlaces ionicos.
Los compuestos covalentes pueden ser sólidos, líquidos o gases a temperatura ambiente, dependiendo de la cantidad de energía necesaria para romper los enlaces covalentes. Por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2) es un gas a temperatura ambiente debido a la pequeña cantidad de energía necesaria para romper sus puentes covalentes.
En contraste, el agua (H2O) es un líquido a temperatura ambiente debido a la gran cantidad de energía necesaria para romper sus puentes covalentes. Los compuestos covalentes polares tienen puntos positivos y negativos en diferentes extremos del compuesto; esto ocurre cuando los átomos que forman el compuesto tienen electronegatividades diferentes.
Estas diferencias generan un campo eléctrico dentro del compuesto; por ejemplo, el agua es polar debido a la grande diferencia en electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno. En consecuencia, el hidrógeno tiene un extremo positivo y el oxígeno tiene un extremo negativo.
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Enlace covalente: Resumen
- El enlace covalente es un tipo de unión química entre átomos donde los electrones se comparten para satisfacer la estabilidad electrónica.
- Los átomos están separados por distancias relativamente cortas y no hay movimiento neto de iones, lo que significa que el enlace covalente no es fuerte como los enlaces iónicos o metálicos.
- La mayoría de las moléculas orgánicas contienen enlaces covalentes, ya que permiten formar complejos estructuras moleculares con propiedades muy diversificadas.
- Las moléculas polares tienen dipolos eléctricos debido a la desigualdad del reparto de electrones, lo que les confiere algunas propiedades físicas interesantes, como ser solubles en agua u otros disolventes polarizables .
- Existen varios tipos diferentes de enlace covalente: Enlace sencillo (σ), Enlace doble (π), Enlace triple (γ) y Enlace cuádruple (δ).