Enlace covalente

La química es el estudio fascinante de la materia y los cambios que experimenta. Un concepto fundamental en química es el enlace químico, que es la fuerza que mantiene unidos a los átomos dentro de una molécula. De los diferentes tipos de enlaces químicos, el enlace covalente es particularmente importante. La unión covalente implica la compartición de pares de electrones entre átomos, permitiéndoles lograr estabilidad. Este tipo de enlace es fundamental en la formación de una amplia variedad de compuestos necesarios para la vida, así como de muchas sustancias con diversas propiedades. En esta lección detallada, profundizaremos en el concepto de enlace covalente, explorando su naturaleza, propiedades y ejemplos para obtener una comprensión integral.

Entendiendo los enlaces covalentes

Los enlaces covalentes se forman cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones. Este compartimiento permite que cada átomo alcance la configuración electrónica de un gas noble, logrando así un estado más estable. Los enlaces covalentes suelen ocurrir entre átomos no metálicos que tienen electronegatividades similares. La electronegatividad es la tendencia de un átomo a atraer un par compartido de electrones hacia sí mismo. En el enlace covalente, la compartición de electrones puede ser igual o desigual, dependiendo de las electronegatividades relativas de los átomos involucrados.

Un átomo generalmente intenta llenar su capa de electrones externa para estabilizarse, al igual que los gases nobles tienen capas externas completas. Al formar enlaces covalentes, los átomos combinan efectivamente sus niveles de energía externos para formar una configuración estable compartida, que generalmente tiene ocho electrones en la capa externa, conocida como la regla del octeto.

Formación de enlaces covalentes

Consideremos la formación de un enlace covalente simple entre dos átomos de hidrógeno.

H • + • H → H:H o H—H
  

Aquí, cada átomo de hidrógeno tiene un electrón. Al compartir sus electrones, forman un enlace covalente simple. Esto se puede representar usando un par de puntos (H:H) o una sola línea (H—H) que indica un par compartido de electrones.

Un enlace de este tipo que involucra un solo par de electrones compartidos se llama enlace covalente simple. Los enlaces covalentes simples son el tipo más común y sencillo de enlaces covalentes.

Tipos de enlaces covalentes

Los enlaces covalentes pueden clasificarse en enlaces simples, dobles y triples según el número de pares de electrones compartidos.

Enlace covalente simple

Este es el tipo más simple de enlace covalente, que implica la compartición de un par de electrones. La molécula de hidrógeno, como se mostró anteriormente, es un ejemplo clásico de un enlace covalente simple. El metano (_{CH 4}) es otro ejemplo, donde el carbono forma cuatro enlaces covalentes simples con cuatro átomos de hidrógeno.

    H
    ,
H—C—H
    ,
    H
  

Enlace covalente doble

Los enlaces covalentes dobles implican la compartición de dos pares de electrones. Un ejemplo de esto es el gas oxígeno (_{O 2}), donde cada átomo de oxígeno comparte dos electrones con el otro para formar un enlace doble.

     ,
    :O=O:
     ,
  

Otro ejemplo es el etileno (C 2 H 4), donde hay un enlace doble entre los dos átomos de carbono:

HH
 ,
  C=C
 ,
HH
  

Enlace covalente triple

Los enlaces covalentes triples se forman cuando tres pares de electrones son compartidos entre dos átomos. El gas nitrógeno (_{N 2}) es un ejemplo destacado de esto, con un fuerte enlace triple formado entre los dos átomos de nitrógeno.

     ,
    :N≡N:
     ,
  

Otro ejemplo es el acetileno (C 2 H 2), que tiene un enlace triple entre dos átomos de carbono:

H—C≡C—H
  

Características de los enlaces covalentes

Longitud de enlace y energía de enlace

La longitud de enlace se refiere a la distancia entre los núcleos de dos átomos covalentemente enlazados. La energía de enlace, por otro lado, es una medida de la fuerza de un enlace covalente o la energía requerida para romper el enlace. A medida que aumenta el número de pares de electrones compartidos, el enlace se vuelve más corto y más fuerte. Por lo tanto, los enlaces simples son generalmente más largos y tienen menor energía de enlace que los enlaces dobles y triples.

Por ejemplo:

Enlace | Longitud (pm) | Energía (kJ/mol)
,
C—C | 154 | 348
C=C | 134 | 614
C≡C | 120 | 839
  

Polaridad de los enlaces covalentes

La polaridad en los enlaces covalentes surge de la diferencia en electronegatividades entre los átomos enlazados. Cuando la diferencia en electronegatividades entre dos átomos es significativa, los electrones se comparten de manera desigual, resultando en un enlace covalente polar.

Por ejemplo, el átomo de oxígeno en la molécula de agua (H 2 O) es más electronegativo que los átomos de hidrógeno. Esto resulta en una carga negativa parcial en el átomo de oxígeno y una carga positiva parcial en cada átomo de hidrógeno, resultando en un enlace covalente polar.

   δ+ δ– δ+
H—O ≈≈≈ H
  

Por otro lado, si las electronegatividades de los átomos son iguales o casi iguales, el enlace es no polar. Un ejemplo de esto es la molécula de cloro (Cl 2), donde las electronegatividades de ambos átomos son iguales, lo que lleva a una compartición igual de electrones y un enlace covalente no polar.

Entender la polaridad es importante porque afecta las propiedades físicas del compuesto, como la solubilidad y el punto de fusión/ebullición.

Ejemplos visuales de enlaces covalentes

Figura 1: Enlace covalente simple H—H en una molécula de hidrógeno

Figura 2: Enlace covalente doble O=O en molécula de oxígeno

Figura 3: Enlace covalente triple N≡N en molécula de nitrógeno

Ejemplos de compuestos con enlaces covalentes

Los enlaces covalentes son prevalentes en compuestos orgánicos, donde los átomos de carbono típicamente forman enlaces covalentes con otros átomos de carbono y con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Aquí hay algunos ejemplos junto con sus estructuras:

Metano (_{CH 4})

Como se discutió anteriormente, el metano es una molécula orgánica simple en la que un solo átomo de carbono forma enlaces covalentes con cuatro átomos de hidrógeno.

    H
    ,
H—C—H
    ,
    H
  

Agua (_{H 2 O})

El agua es un ejemplo clásico de una molécula covalente polar. Consiste en dos átomos de hidrógeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno.

   H
  ,
 O
  ,
   H
  

Dióxido de carbono (_{CO 2})

El dióxido de carbono tiene un átomo de carbono enlazado doblemente a dos átomos de oxígeno para formar una estructura lineal.

O=C=O
  

Amoníaco (_{NH 3})

Con un átomo de nitrógeno enlazado covalentemente a tres átomos de hidrógeno, el amoníaco tiene una forma piramidal trigonal.

    H
  ,
N—H
  ,
 H
  

Conclusión

Los enlaces covalentes son un tipo importante de enlace químico que permite la formación de innumerables compuestos con diversas estructuras y propiedades. Al comprender los fundamentos de los enlaces covalentes, incluyendo cómo se forman, sus tipos y sus propiedades, obtenemos una visión sobre el comportamiento de las sustancias a nivel molecular. Desde la simple molécula de hidrógeno hasta estructuras orgánicas más complejas, los enlaces covalentes son fundamentales para nuestra comprensión de la química y del mundo físico. Esta exploración integral subraya la importancia de los enlaces covalentes tanto en la química natural como en la sintética.

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