En Enlace covalente hemos definido este tipo de enlace como un par de electrones compartidos. Los orbitales electrónicos externos de dos átomos se solapan y los electrones forman un par, conocido como par enlazante. En una molécula como la del dicloro Cl2, el par enlazante se encuentra a medio camino entre cada uno de los átomos de cloro. Pero, en el ácido clorhídrico HCl, los electrones no se reparten uniformemente entre los dos átomos. De hecho, se encuentran más cerca del átomo de cloro.
Como los electrones son negativos, esto hace que el átomo de cloro esté parcialmente cargado negativamente. Del mismo modo, el átomo de hidrógeno es ahora ligeramente deficiente en electrones, por lo que está parcialmente cargado positivamente. Por lo anterior, decimos que el enlace cloro-hidrógeno es polar, y representamos estas cargas parciales con el símbolo δ.
Enlace polar
Un enlace polar es un enlace covalente en el que los electrones que forman el enlace están distribuidos de forma desigual. Podemos decir que tiene una distribución de carga desigual.
El enlace tiene lo que se conoce como momento dipolar, o dipolo.
Un momento dipolar es una medida de la separación de cargas en una molécula.
Fig. 1: La polaridad del enlace en el HCl.
El hidrógeno está parcialmente cargado positivamente y el cloro está parcialmente cargado negativamente.
La polaridad de un enlace está determinada por la Electronegatividad de sus dos átomos.
Un elemento con una electronegatividad alta es muy bueno para atraer un par de electrones, mientras que un elemento con una electronegatividad baja no es tan bueno.
Cuando dos átomos con diferentes electronegatividades se unen covalentemente, forman un enlace polar.
Imagina que estás jugando a tirar de la cuerda con tu amigo. En el centro de la cuerda hay una cinta roja que representa el par de electrones enlazantes. Tú y tu amigo tiran de la cuerda con toda la fuerza posible. Si ambos son igual de fuertes, la cinta roja no se moverá y ninguno de los dos ganará el tira y afloja. En cambio, si eres mucho más fuerte que tu amigo, poco a poco podrás atraer de la cuerda hacia ti, acercando la cinta roja.
De manera similar, si se tratara de un par de electrones de enlace, estarían ahora más cerca de ti que de tu amigo. En ese caso, podemos decir que tienes una electronegatividad mayor que tu amigo.
Esto es lo que ocurre cuando dos átomos con diferente electronegatividad se unen: el átomo con mayor electronegatividad atrae el par de electrones de enlace hacia sí mismo y lo aleja del otro átomo. Este enlace es polar, porque el elemento con mayor electronegatividad tiene una carga parcial negativa, mientras que el otro elemento tiene una carga parcial positiva.
¿Qué es la escala de Pauling?
La electronegatividad se mide con la escala de Pauling. Linus Pauling fue un químico estadounidense famoso por sus trabajos sobre la teoría del enlace atómico y por ayudar a fundar los campos de la biología molecular y la química cuántica. También es una de las dos únicas personas —la otra es Marie Curie— que ha ganado dos premios Nobel en dos campos diferentes (el suyo fue por la Paz y por la Química).
Con solo 31 años, inventó la escala de Pauling para comparar las electronegatividades de los distintos elementos. Esta va de 0 a 4 y utiliza el hidrógeno —cuya elecgtronegatividad es de 2,2— como punto de referencia. Si observas la tabla periódica que se muestra a continuación, podrás ver que hay patrones claros en las electronegatividades de los diferentes grupos y períodos.
El francio c—on 0,7— es el elemento menos electronegativo; mientras que el flúor —con 3,98— es el más electronegativo.
Fig. 2- La electronegatividad de los elementos de la tabla periódica. ¿Puedes identificar las tendencias generales?
Pero, antes de ver algunas de estas tendencias, tenemos que explorar los factores que afectan a la electronegatividad de un elemento.
Consejo de estudio: ten en cuenta que la electronegatividad no tiene unidad.
Factores que afectan a la electronegatividad
La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer el par enlazante. Hay tres factores que afectan a la electronegatividad de un elemento, y todos ellos tienen que ver con la fuerza de la atracción entre el núcleo del átomo y el par enlazante.
Acuérdate de que las diferencias en la electronegatividad causan la polaridad del enlace.
Carga nuclear
Un átomo con más protones en su núcleo tiene una mayor carga nuclear. Esto significa que atraerá los electrones de enlace con más fuerza que un átomo con menos protones y con una carga nuclear más baja. De este modo, el átomo con más protones tiene una mayor electronegatividad.
Imagina que utilizas un imán para recoger limaduras de hierro. Si sustituyes el imán por otro más potente, recogerá las limaduras con mucha más facilidad que el imán más débil.
Radio atómico
El núcleo de un átomo con un radio atómico grande está muy alejado del par de electrones de su capa de valencia. La atracción entre ellos es más débil y, por tanto, el átomo tiene una electronegatividad menor que un átomo con un radio más pequeño.
Si utilizamos nuestro ejemplo del imán, es como si alejáramos el imán de las limaduras, entonces, no recogerá tantas.
Apantallamiento y carga nuclear efectiva
Aunque los átomos pueden tener cargas nucleares diferentes, la carga real o carga nuclear efectiva que sienten los electrones enlazantes puede ser la misma. Esto se debe a que la carga nuclear está protegida por los electrones de la capa interna, lo que genera un apantallamiento.
Si observamos el flúor y el cloro, ambos elementos tienen siete electrones en su capa exterior. El flúor tiene otros dos electrones en la capa interna, mientras que el cloro tiene diez.
Estos electrones protegen los efectos de dos y diez protones, respectivamente; esto reduce la carga nuclear efectiva.
Cuando alguno de los electrones de valencia de cualquiera, de los dos átomos forma un par enlazante, este par de electrones solo siente una pequeña parte de la atracción del núcleo. Esto es como tener un imán más fuerte, pero poner un objeto con carga opuesta en el camino: la atracción del imán no será tan fuerte. Como el flúor tiene un radio atómico más pequeño, tendrá una mayor electronegatividad.
Fig. 3: La disposición de los electrones del flúor (arriba) y del cloro (abajo).
Ambos tienen siete electrones en su capa externa.
Tendencias de la electronegatividad
Ahora que conocemos los factores que afectan a la electronegatividad, podemos explicar algunas de las tendencias de la electronegatividad que se observan en la tabla periódica.
A lo largo de un período
La electronegatividad aumenta a lo largo de un período de la tabla periódica. Esto se debe a que los elementos tienen una mayor carga nuclear y un radio ligeramente reducido, pero los mismos niveles de apantallamiento por las capas electrónicas internas.
Fig. 4: Tendencias de la electronegatividad en la tabla periódica. La electronegatividad aumenta a través de los periodos y disminuye a través de los grupos.
Hacia abajo de un grupo
La electronegatividad disminuye hacia abajo en un grupo de la tabla periódica. Aunque los elementos tienen una mayor carga nuclear, también tienen más apantallamiento y, por tanto, la carga global que siente el par enlazante de es la misma. Pero, como los elementos que se encuentran más abajo en un grupo tienen un radio atómico mayor, su electronegatividad es menor.
Diferencia de electronegatividad
La diferencia de electronegatividad entre dos átomos afecta al tipo de enlace que se forma entre ellos:
Si dos átomos tienen una diferencia de electronegatividad superior a 1,7, forman un enlace iónico.
Si sólo tienen una ligera diferencia de 0,4, o menos, forman un enlace covalente apolar.
Si tienen una diferencia de electronegatividad entre 0,4 y 1,7, forman un enlace covalente polar.
Se puede pensar en ello como una escala móvil: cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los dos átomos, más iónico será el enlace.
Enlace covalente polar: ejemplos
Por ejemplo:
El hidrógeno tiene una electronegatividad de 2,2, mientras que el cloro tiene una electronegatividad de 3. Como ya hemos visto, el átomo de cloro atraerá el par de electrones enlazantes con más fuerza que el hidrógeno, y se cargará parcialmente de forma negativa. La diferencia entre las electronegatividades de los dos átomos es de 3,16 - 2,20 = 0,96. Esto es mayor que 0,4; por lo tanto, el enlace es un enlace covalente polar.
Fig. 6: La diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el cloro da lugar a un enlace polar. Sus electronegatividades se muestran debajo de los átomos.
Ahora, si observamos el metano, vemos algo diferente:
El metano está formado por un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno, mediante enlaces covalentes simples. Aunque hay una ligera diferencia de electronegatividades entre los dos elementos, decimos que el enlace es apolar. Esto se debe a que la diferencia de electronegatividad es inferior a 0,4. La diferencia es tan pequeña que es insignificante. No hay dipolo y, por tanto, el metano es una molécula apolar.
Fig. 7: Las electronegatividades del carbono y del hidrógeno son lo suficientemente similares como para que podamos decir que el enlace C-H del metano es apolar (no muestra polaridad).
Los enlaces polares tienden a dar lugar a moléculas polares. Sin embargo, también se pueden obtener moléculas apolares con enlaces polares, si la molécula es simétrica.
Por ejemplo, el tetraclorometano:
Este es estructuralmente similar al metano, pero el átomo de carbono está unido a cuatro átomos de cloro, en lugar de a hidrógeno. El enlace C-Cl es polar y tiene un momento dipolar. Por lo tanto, cabría esperar que toda la molécula fuera polar. Sin embargo, como la molécula es tetraédrica simétrica, los momentos dipolares actúan en direcciones opuestas y se anulan entre sí.
Puedes encontrar más información sobre los dipolos en Fuerzas Intermoleculares.
Fig. 8- Tetraclorometano. Observa que es una molécula simétrica, por lo que sus momentos dipolares se cancelan.
Polaridad - Puntos clave
- Un enlace polar está causado por la distribución desigual del par de electrones enlazantes, debido a las diferentes electronegatividades de los dos átomos.
- Un enlace polar provoca lo que se conoce como un momento dipolar, o dipolo.
- La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer un par de electrones de un enlace covalente.
- Los factores que afectan a la electronegatividad son la carga nuclear, el radio atómico y el apantallamiento de los electrones internos.
- La electronegatividad aumenta a través de un período y disminuye hacia abajo en un grupo de la tabla periódica.
- Las moléculas con enlaces polares pueden ser apolares en general, porque sus momentos dipolares se cancelan.
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