Relaciones Químicas

Enlaces Químicos: La Naturaleza del Enlace Químico

por Anthony Carpi, Ph.D., Adrian Dingle, B.Sc.

La versión en español de este módulo aún se está creando. Por favor vea la versión anterior aquí.

La vida en la Tierra depende del agua, necesitamos agua para beber, bañarnos, aliviarnos del calor en un día caliente (Figura 1). De hecho, la evidencia sugiere que la vida en la Tierra comenzó en el agua, específicamente en el océano, el cual tiene una combinación de agua y sales, como la sal de mesa – cloruro de sodio. Pero en donde el aparecen el agua y estas sales comunes en la tabla periódica de elementos? Pues ellas y millones de sustancias no se encuentran en la tabla periódica, la referencia química mas famosa. ¿Por qué no? la respuesta es una simple.

Cala Tío Ximo, Benidorm, Spain
Figure 1: Life on Earth depends on water, not only for key biological functions but also for pleasure. For example, this relaxing oasis on the Mediterranean Sea, Cala Tío Ximo beach in Benidorm, Spain. image © Diego Delso
Lewis dot_rev
Figure 2: Lewis dot structures for the elements in the first two periods of the periodic table. The structures are written as the element symbol surrounded by dots that represent the valence electrons.

Punto de Comprensión

Lewis based his theory of bonding on

H2 covalent bond chart
Figure 3: Here the interaction of two gaseous hydrogen atoms is charted showing the potential energy (purple line) versus the internuclear distance of the atoms (in pm, trillionths of a meter). The observed minimum in potential energy is indicated as the bond length (r) between the atoms. image © Saylor Academy
O2 and N2 Lewis structures
Figure 4: The bonds between gaseous oxygen and nitrogen atoms. In oxygen gas (O2), two atoms share a double bond resulting in the structure O=O. In nitrogen gas (N2), a triple bond exists between two nitrogen atoms, N≡N.

Punto de Comprensión

When four electrons are shared between atoms, _____ bonds are formed.

Sodium chloride lattice
Figure 5: A sodium chloride crystal, showing the rigid, highly organized structure.

Punto de Comprensión

Atoms that lose electrons and acquire a net positive charge and are called

H2 bond
Figure 6: Two hydrogen atoms are connected by a covalent bond. This can be represented by two dots (left) or a single bar (right).

Punto de Comprensión

If there is a big difference in electronegativity between two different elements, the bond between them will be

Polar covalent
Figure 7: In panel A, a molecule of water, H2O, is shown with uneven electron sharing resulting in a partial negative charge around the oxygen atom and partial positive charges around the hydrogen atoms. In panel B, three H2O molecules interact favorably, forming a dipole-dipole interaction between the partial charges.
CO2 dipole
Figure 8: Electrons are not shared evenly across the C=O bonds in CO2 and thus it contains two dipoles. Since these two dipoles are opposite to one another across a linear molecule, they cancel via symmetry to leave the carbon dioxide molecule non-polar. image © Molecule: FrankRamspott/iStockphoto

Resumen

The millions of different chemical compounds that make up everything on Earth are composed of 118 elements that bond together in different ways. This module explores two common types of chemical bonds: covalent and ionic. The module presents chemical bonding on a sliding scale from pure covalent to pure ionic, depending on differences in the electronegativity of the bonding atoms. Highlights from three centuries of scientific inquiry into chemical bonding include Isaac Newton’s ‘forces’, Gilbert Lewis’s dot structures, and Linus Pauling’s application of the principles of quantum mechanics.

Conceptos Clave

  • Cuando una fuerza sostiene átomos juntos durante un tiempo suficientemente largo para crear una entidad estable e independiente, esa fuerza se describe como un enlace químico.

  • Los 118 elementos químicos conocidos interactúan unos con otros vía enlaces químicos para crear nuevos compuestos únicos que tienen un diferentes propiedades químicas y físicas en comparación a los elementos que los componen.

  • Es útil pensar de el enlace químico como una escala móvil, en donde en un extremo hay puros enlaces covalentes y en el otro hay enlaces iónicos. La mayoría de enlaces químicos están en alguna posición entre esos dos extremos.

  • Cuando un enlace químico se forma entre dos elementos, las diferencias en la electronegatividad de átomos determina en un que parte de la escala móvil cae el enlace. Diferencias grandes en electronegatividad favorecen enlaces iónicos, ninguna diferencia crea enlaces no-polares, y una diferencia relativamente pequeña causa la formación de enlaces covalentes.

  • NGSS
  • HS-C4.3, HS-C6.2, HS-PS1.A3, HS-PS1.B1
  • Referencias
  • Fleming, D.G., Manz, J., Sato, K., and Takayanagi, T. (2014). Fundamental change in the nature of chemical bonding by isotopic substitution. Angewandte Chemie International Edition, 53(50): 13706–13709.

  • Frankland, E. (1852). On a new series of organic bodies containing metals. Philosophical Transactions, 417: 417-444. Retrieved from http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/142/417.full.pdf+html
  • Langmuir, I. (1919). The arrangement of electrons in atoms and molecules. Journal of the American Chemical Society, 41(6): 868-934.
  • Lewis, G.N. (1916). The atom and the molecule. Journal of the American Chemical Society, 38(4): 762-786.
  • Newton, I. (1704). Opticks: or, a treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light.
  • Pauling, L. (1931). The nature of the chemical bond. Application of results obtained from the quantum mechanics and from a theory of paramagnetic susceptibility to the structure of molecules. Journal of the American Chemical Society, 53(4): 1367-1400.

Anthony Carpi, Ph.D., Adrian Dingle, B.Sc. “Enlaces Químicos” Visionlearning Vol. CHE-1 (7), 2003.