3.7: Electronegatividad y el Enlace Covalente Polar

Si construyéramos un diagrama de Lewis para hidrógeno molecular (H ₂), emparejaríamos los electrones de valencia simple en cada átomo para formar un solo enlace covalente. Cada hidrógeno tendría ahora dos electrones en su caparazón de valencia, idénticos al helio. Las ecuaciones matemáticas que utilizan los químicos para describir el enlace covalente pueden resolverse para predecir las regiones del espacio que rodean a la molécula en la que es probable que se encuentren estos electrones. Una aplicación particularmente útil de estos cálculos genera una superficie molecular codificada por colores para mostrar la densidad electrónica que rodea a la molécula. Este tipo de superficie molecular se denomina mapa de potencial electrostático. Cuando este tipo de cálculo se realiza para moléculas que constan de dos (o más) átomos diferentes, los resultados pueden ser sorprendentemente diferentes. Considera la molécula HF. El hidrógeno, con un electrón de cenefa, puede compartir ese electrón con flúor (con siete electrones de valencia) para formar un solo enlace covalente.

En este mapa de potencial electrostático, el azul se utiliza para indicar baja densidad de electrones (una carga positiva relativa) y el rojo indica densidad electrónica alta (una carga negativa relativa); los colores azul claro, verde, amarillo y naranja indican el gradiente de carga creciente. La molécula HF es claramente muy polar, lo que significa que existe una diferencia significativa en la densidad de electrones a lo largo de la longitud de la molécula. El mapa de potencial electrostático para HF contrasta significativamente con el de H ₂, donde la carga fue bastante simétrica (un color verde uniforme). El fluoruro de hidrógeno (HF) puede describirse como una molécula muy polar, mientras que el hidrógeno (H ₂) es no polar.

El origen de la polarización del enlace covalente HF tiene que ver con la electronegatividad, una propiedad inherente de todos los átomos. Dentro de la tabla periódica, existe una tendencia a que los átomos atraigan electrones hacia sí mismos cuando están unidos a otro átomo (como en HF). Los átomos que tienden a atraer fuertemente electrones tienen una alta electronegatividad, en relación con los átomos que tienen una tendencia relativamente baja a atraer electrones hacia ellos mismos. La escala de electronegatividad moderna fue ideada por Linus Pauling en 1932 y, en la escala de Pauling, los átomos en la tabla periódica varían en electronegatividad desde un mínimo de 0.8 para el cesio hasta un máximo de 4.0 para el flúor.

En la molécula HF, la electronegatividad del hidrógeno es 2.2 y el flúor es 4.0. Esta diferencia conduce a la profunda polarización del enlace covalente HF que es evidente en el mapa de potencial electrostático.

Las polarizaciones de los enlaces covalentes también ocurren en moléculas más complejas. En el agua, el oxígeno tiene una electronegatividad de 3.5; el hidrógeno es 2.2. Debido a esto, cada uno de los enlaces H-O se polariza con mayor densidad de electrones hacia el oxígeno. Dentro de la molécula, H ₂ O, el efecto de esta polarización se hace evidente en el mapa de potencial electrostático, como se muestra en la Figura 3.18. El extremo de la molécula con el oxígeno tiene una alta densidad de electrones y los extremos de hidrógeno son deficientes en electrones. Veremos en capítulos posteriores que la polarización del agua, provocada por la diferencia de electronegatividades, le da al agua las propiedades especiales que le permiten disolver compuestos iónicos, y básicamente sustentar la vida tal como la conocemos. Dentro de la química orgánica (el estudio de los compuestos moleculares que contienen carbono), se apreciará que la reactividad relativa de las moléculas orgánicas entre sí depende en gran medida de la polarización de los enlaces covalentes en estas moléculas.