Enlace quimico – concepto y clasificacion

Cualquier interaccion entre atomos es posible solo en presencia de un enlace quimico. Tal conexion es la razon para la formacion de un sistema poliatomico estable: un ion molecular, una molecula, una red cristalina. Un enlace quimico fuerte requiere mucha energia para romperse, por lo que es el valor base para medir la fuerza del enlace.

Condiciones para la formacion de un enlace quimico

La formacion de un enlace quimico siempre va acompanada de la liberacion de energia. Este proceso ocurre a expensas de reducir la energia potencial de un sistema de particulas que interactuan: moleculas, iones, atomos. La energia potencial del sistema resultante de elementos que interactuan es siempre menor que la energia de las particulas salientes no ligadas. Por lo tanto, la base para la aparicion de un enlace quimico en el sistema es la disminucion de la energia potencial de sus elementos.

Naturaleza de la interaccion quimica

El enlace quimico es una consecuencia de la interaccion de campos electromagneticos que surgen alrededor de los electrones y nucleos de los atomos de esas sustancias que participan en la formacion de una nueva molecula o cristal. Despues del descubrimiento de la teoria de la estructura del atomo, la naturaleza de esta interaccion se hizo mas accesible para el estudio.

La idea de la naturaleza electrica del enlace quimico ocurrio el fisico Ingles H. Davy, quien sugirio que las moleculas se forman debido a la atraccion electrica de las particulas de carga opuesta. Esta idea intereso al quimico y naturalista sueco I.Ya. Berzellius, quien desarrollo una teoria electroquimica del origen de los enlaces quimicos.

La primera teoria, que explica los procesos de interaccion quimica de las sustancias, era imperfecta y, finalmente, fue abandonada.

La teoria de Butlerov

El cientifico ruso A. M. Butlerov realizo un intento mas exitoso de explicar la naturaleza de la union quimica de las sustancias. En base a su teoria, este cientifico puso tales suposiciones:

  • Los atomos en el estado conectado estan conectados entre si en un cierto orden. El cambio en este orden es la razon de la formacion de una nueva sustancia.
  • Los atomos estan vinculados por las leyes de la valencia.
  • Las propiedades de una sustancia dependen del orden de la combinacion de atomos en la molecula de materia. Un orden diferente de ubicacion causa un cambio en las propiedades quimicas de la sustancia.
  • Los atomos, relacionados entre si, se afectan mas fuertemente entre si.

La teoria de Butlerov explicaba las propiedades de las sustancias quimicas no solo por su composicion, sino tambien por el orden de la disposicion de los atomos. Tal ordenamiento interno de A.M. Butlerov llamo la “estructura quimica”.

La teoria del cientifico ruso permitio restaurar el orden en la clasificacion de las sustancias y brindo una oportunidad para determinar la estructura de las moleculas por sus propiedades quimicas. La teoria tambien respondio a la pregunta: ?por que las moleculas que contienen el mismo numero de atomos tienen diferentes propiedades quimicas?

Requisitos previos para crear teorias de enlaces quimicos

En su teoria de la estructura quimica, Butlerov no abordo la cuestion de que es un enlace quimico. Para esto, hubo muy pocos datos sobre la estructura interna de la materia. Solo despues de que el descubrimiento del modelo planetario del atomo investigador estadounidense Lewis comenzo a desarrollar la hipotesis de que enlace quimico ocurre a traves de la formacion de un par de electrones, que tambien pertenece a dos atomos. Posteriormente, esta idea se convirtio en la base para el desarrollo de la teoria del enlace covalente.

Enlace quimico covalente

Se puede formar un compuesto quimico estable al superponer nubes de electrones de dos atomos vecinos. El resultado de esta interseccion mutua es la creciente densidad de electrones en el espacio internuclear. Se sabe que los nucleos de los atomos estan cargados positivamente y, por lo tanto, intentan estar lo mas cerca posible de la nube de electrones negativa. Esta atraccion es mucho mas fuerte que las fuerzas de repulsion entre dos nucleos con carga positiva, por lo que esta conexion es estable.

Por primera vez, los analisis quimicos de bonos fueron realizados por los quimicos Heitler y Londres. Consideraron la relacion entre dos atomos de hidrogeno. La representacion visual mas simple de esto puede verse asi:

Como se puede ver, el par de electrones ocupa un lugar cuantico en ambos atomos de hidrogeno. Tal disposicion de electrones de dos centros se denomino “enlace quimico covalente”. El enlace covalente es tipico para las moleculas de sustancias simples y sus compuestos de los no metales. Las sustancias creadas por enlace covalente generalmente no conducen la corriente electrica o son semiconductores.

Union de iones

Un enlace quimico de tipo ionico surge de la atraccion electrica mutua de dos iones de carga opuesta. Los iones pueden ser simples, consistentes en un solo atomo de materia. En compuestos de este tipo, los iones simples son mas a menudo atomos de metal con carga positiva del grupo 1,2 que han perdido su electron. La formacion de iones negativos es inherente a los atomos de los no metales tipicos y las bases de sus acidos. Por lo tanto, entre los compuestos ionicos tipicos hay muchos haluros de metales alcalinos, por ejemplo CsF, NaCl y otros.

A diferencia del enlace covalente, el ion no tiene una saturacion: un numero diferente de iones cargados opuestamente puede unirse a un ion o un grupo de iones. El numero de particulas unidas esta limitado solo por las dimensiones lineales de los iones que interaccionan, y tambien por la condicion de que las fuerzas de atraccion de iones de carga opuesta deben ser mayores que las fuerzas de repulsion de las particulas igualmente cargadas que participan en el compuesto de tipo ionico.

Enlace de hidrogeno

Incluso antes de la creacion de la teoria de la estructura quimica, se observo experimentalmente que los compuestos de hidrogeno con diversos elementos no metalicos tienen propiedades algo inusuales. Por ejemplo, el punto de ebullicion del fluoruro de hidrogeno y el agua es mucho mas alto de lo esperado.

Estas y otras caracteristicas de los compuestos de hidrogeno se pueden explicar por la capacidad del atomo de H + para formar otro enlace quimico. Este tipo de compuesto se llamaba “enlace de hidrogeno”. Las causas de la aparicion de un enlace de hidrogeno se encuentran en las propiedades de las fuerzas electrostaticas. Por ejemplo, una molecula de fluoruro de hidrogeno nube electronica total como fluor sesgada hacia la zona alrededor del atomo de la sustancia campo electrico negativo saturada. Alrededor del atomo de hidrogeno, desprovisto de su unico electron, el campo es mucho mas debil y tiene una carga positiva. Como resultado, surge una relacion adicional entre los campos positivos de las nubes de electrones H + y F negativo.

Enlace quimico de metales

Los atomos de todos los metales estan ubicados en el espacio de cierta manera. El orden de la disposicion de los atomos de los metales se llama red cristalina. En este caso, los electrones de diferentes atomos interactuan debilmente entre si, formando una nube electronica comun. Este tipo de interaccion entre atomos y electrones se denomino “enlace metalico”. Es el movimiento libre de electrones en los metales lo que puede explicar las propiedades fisicas de las sustancias metalicas: conductividad electrica, conductividad termica, resistencia, fusibilidad y otros.