5.9: Polaridad de enlace, interacciones inter e intramoleculares
- Page ID
- 53414
Hasta el momento, hemos estado considerando enlaces covalentes en los que el reparto de electrones entre átomos es más o menos igual, pero no siempre es así. Debido a sus estructuras atómicas, que surgen de principios mecánicos cuánticos (que no se discutirán aquí), diferentes átomos tienen diferentes afinidades por sus propios electrones. Cuando un electrón es eliminado o agregado a un átomo (o molécula) ese átomo/molécula se convierte en un ion. Los átomos de diferentes elementos difieren en la cantidad de energía que se necesita para eliminar un electrón de ellos; esta es, de hecho, la base del efecto fotoeléctrico explicado por Albert Einstein, en otro de sus papeles 162 de 1905. Cada tipo de átomo (elemento) tiene una electronegatividad característica, una medida de cuán firmemente se sujeta a sus electrones. Si las electronegatividades de los dos átomos en un enlace son iguales o similares, entonces los electrones se comparten más o menos equitativamente entre los dos átomos y se dice que el enlace es no polar (es decir, sin dirección). No hay regiones estables de carga neta negativa o positiva en la superficie de la molécula resultante. Sin embargo, si las electronegatividades de los dos átomos unidos son desiguales, entonces los electrones se compartirán de manera desigual. En promedio, habrá más electrones más del tiempo alrededor del átomo más electronegativo y menos alrededor del átomo menos electronegativo. Esto conduce a regiones parcialmente cargadas negativa y positivamente a los átomos unidos: el enlace tiene una dirección. La separación de carga produce un campo eléctrico, conocido como dipolo. Se dice que un enlace entre átomos de diferentes electronegatividades es polar.
En los sistemas biológicos, los átomos de O y N secuestrarán electrones cuando se unen a átomos de H y C, el O y el N se vuelven parcialmente negativos en comparación con sus parejas de enlace H y C. Debido a la organización mecánica cuántica de los átomos, estas regiones parcialmente negativas se organizan de manera no uniforme, a la que volveremos. Por el contrario, no hay polarización significativa de la carga en los enlaces entre los átomos de C y H, y dichos enlaces se denominan no polares. La presencia de enlaces polares conduce a la posibilidad de interacciones electrostáticas entre moléculas. Tales interacciones son más fuertes que las interacciones de van der Waals pero mucho más débiles que los enlaces covalentes; al igual que los enlaces covalentes, tienen una direccionalidad hacia ellos; los tres átomos involucrados tienen que estar dispuestos más o menos a lo largo de una línea recta. No existe una restricción geométrica similar en las interacciones intermoleculares de van der Waals.
Dado que las fuerzas intermoleculares que surgen de los enlaces polarizados a menudo involucran un átomo de H que interactúa con un átomo de O o un átomo de N, estos se han conocido genéricamente (al menos en biología) y quizás desafortunadamente como enlaces de hidrógeno o H. ¿Por qué desafortunado? Debido a que los átomos de H pueden tomar parte en enlaces covalentes, pero los enlaces H no son enlaces covalentes, son mucho más débiles. Se necesita mucha menos energía para romper un enlace H entre moléculas o entre partes de (generalmente macro) moléculas que lo hace para romper un enlace covalente que involucra un átomo de H.