2.2: Bonos Químicos

Objetivos de aprendizaje

• Definir enlaces químicos, moléculas, sales y compuestos; y enumerar 3 tipos de enlaces químicos importantes para el estudio de la fisiología humana
• Definir enlaces iónicos y describir cómo se forman, y definir sales
• Definir enlaces covalentes y describir cómo se forman, y diferenciar entre los dos tipos de enlaces covalentes

Los átomos y los iones se pueden combinar por enlaces químicos. Un enlace químico es una interacción entre átomos o iones que estabiliza sus envolturas externas. La interacción ocurre entre los electrones de valencia (los que están en la capa orbital más externa). Como producto de esta interacción, los átomos participantes completan ocho electrones en sus conchas más externas, forman un enlace químico y se vuelven estables.

La unión química es responsable de la formación de moléculas y sales. Las moléculas son sustancias compuestas por dos o más átomos unidos por un enlace químico. Por ejemplo, en una molécula de dióxido de carbono (CO2) el átomo de carbono y los dos átomos de oxígeno se mantienen unidos por enlaces químicos. Las sales son sustancias compuestas por iones que se mantienen unidos por un enlace químico. Por ejemplo, en un cristal de NaCl, la sal de mesa, Na+ y Cl- se mantienen unidos por un enlace químico.

Las sales y moléculas compuestas por dos o más átomos de diferentes elementos se denominan compuestos. Por ejemplo CO ₂, H ₂ O y NaCl son compuestos, mientras que O ₂ o H ₂ no lo son.

Existen tres tipos de enlaces químicos importantes para el estudio de la fisiología humana. Estos son enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces de hidrógeno.

Los enlaces iónicos ocurren entre iones con cargas opuestas (entre aniones y cationes); los enlaces covalentes ocurren entre átomos de una misma molécula; y los enlaces de hidrógeno ocurren entre átomos en diferentes moléculas (una de ellas es hidrógeno), o diferentes partes de la misma molécula.

Conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es un enlace químico?
2. ¿Qué partículas subatómicas participan en un enlace químico?
3. ¿Qué es una molécula?
4. ¿Qué es una sal?
5. ¿Qué es un compuesto?
6. ¿Qué es un enlace iónico?
7. ¿Qué es un enlace covalente?
8. ¿Qué es un enlace de hidrógeno?

Los enlaces iónicos se forman por la atracción eléctrica entre iones de cargas opuestas. La atracción entre un catión y un anión forma un enlace iónico.

Los iones se forman cuando los átomos toman o abandonan electrones siguiendo la regla del octeto.

Las sales son una clase de compuestos formados por enlaces iónicos entre iones. Por ejemplo NaCl, sal de mesa, se forma cuando Na ⁺ forma un enlace iónico con Cl ^-. Vea la estructura del NaCl a continuación en la figura\(\PageIndex{1}\). Cuando se coloca un cristal de sal en agua —como se puede observar colocando cristales de sal de mesa en un vaso de agua-, se disocia (separa) en sus iones formadores, o electrolitos, de una manera que exploraremos en un próximo objetivo de aprendizaje.

Figura\(\PageIndex{1}\) La estructura de un cristal de NaCl viene dada por la interacción de sus iones formadores, Na+ y Cl-, los cuales están unidos por enlaces iónicos

Conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es un enlace iónico?
2. ¿Qué es una sal?

En lugar de asumir o renunciar completamente a los electrones como sucede en la unión iónica, los átomos con cuatro o más electrones de valencia pueden compartir pares de electrones por lo que las cáscaras externas de ambos átomos completan ocho electrones (o dos para el caso del hidrógeno). Cada par de electrones compartidos se mueve en una nube orbital alrededor de los núcleos de los dos átomos. Este reparto de electrones entre átomos se denomina enlace covalente (co- = “juntos, mutuamente, en común”, valente = relativo al electrón de valencia).

La\(\PageIndex{2}\) siguiente figura muestra en (a) que una molécula de hidrógeno tiene dos átomos del elemento hidrógeno. Esto puede representarse ya sea por una fórmula molecular, H ₂, que muestra cuántos átomos de cada tipo diferente de elemento forman una molécula o una fórmula estructural, H-H, que muestra el enlace covalente sencillo involucrado como una línea, representando el par de electrones compartidos. La molécula de oxígeno está formada por dos átomos del elemento oxígeno como se muestra en (b). La fórmula molecular del oxígeno gaseoso es O2, mientras que la fórmula estructural de esta molécula es O=O, donde la línea doble muestra un doble enlace covalente que indica dos pares de electrones compartidos. Una molécula de dióxido de carbono se muestra en (c) y tiene una fórmula molecular de CO ₂, mostrando que está hecha de un átomo del elemento carbono y dos átomos del elemento oxígeno. La fórmula estructural del dióxido de carbono en O=C=O, muestra que la molécula tiene dos dobles enlaces covalentes.

Figura\(\PageIndex{2}\) Los ejemplos mostrados anteriormente muestran la compartición de electrones entre átomos con un número similar de electrones (el carbono y el oxígeno tienen seis y ocho, respectivamente). En estos casos, los electrones compartidos pasan aproximadamente al mismo tiempo moviéndose alrededor de cada uno de los núcleos de ambos átomos. Este tipo de enlace covalente donde los electrones son igualmente compartidos se denomina enlace covalente no polar. Los enlaces covalentes no polares no tienen carga y son eléctricamente neutros.

Un segundo tipo de enlace covalente ocurre cuando los electrones entre átomos se comparten de manera desigual y se denomina enlace covalente polar. Un enlace covalente polar es común cuando el oxígeno o el nitrógeno comparten electrones con hidrógeno. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\) siguiente, el agua (H ₂ O) es una molécula covalente polar, en la que un átomo de oxígeno está unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno. El átomo de oxígeno tiene 8 protones (y 8 electrones) y el átomo de hidrógeno tiene solo un protón (y un electrón). Los ocho protones en el átomo de oxígeno atraen al par de electrones compartidos hacia el oxígeno y lejos del hidrógeno. Esto se debe a que los ocho protones en el núcleo de oxígeno atraen a los electrones compartidos con una fuerza más fuerte que el único protón en el núcleo de hidrógeno. Esta proporción desigual de electrones da como resultado que el átomo que atrae más a los electrones, en este ejemplo el oxígeno, tenga una densidad de carga ligeramente negativa (señalada como δ ^-) y el otro átomo, en este ejemplo hidrógeno, que tenga una densidad de carga ligeramente positiva (señalada como δ ⁺). Obsérvese que nos referimos a la densidad de carga, a diferencia de la carga neta, porque ni el oxígeno ni el hidrógeno gana o pierde electrones.

Figura\(\PageIndex{3}\) Agua: una molécula covalente polar (a) muestra dos enlaces covalentes polares en la molécula de agua. Véase la explicación en el párrafo anterior; (b) y (c) muestran otras dos formas de representar una molécula de agua, distintas de la fórmula molecular, H ₂ O, y la fórmula estructural, H-O-H.

Resumiendo

Los enlaces covalentes se forman cuando los átomos de una molécula comparten electrones. Existen dos
tipos de enlaces covalentes. Las moléculas con enlaces covalentes no polares comparten igualmente
electrones entre átomos y tienen una disposición uniforme de cargas. Las moléculas con enlaces covalentes
polares comparten electrones de manera desigual entre los átomos y tienen una disposición
desigual de los cambios.

Conceptos, términos y verificación de hechos

Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)

1. ¿Qué es un enlace covalente?
2. ¿Cuál es la diferencia entre un enlace covalente simple y un doble enlace covalente?
3. ¿Cuál es la diferencia entre una fórmula molecular y una fórmula estructural?
4. ¿Qué es un enlace covalente no polar?
¿Qué es un enlace covalente polar?