Algunas personas trabajan mejor solas: siguen adelante con la tarea con una aportación mínima de los demás. Pero, otras personas trabajan mejor en grupo: logran sus mejores resultados cuando combinan sus fuerzas, compartiendo ideas, conocimientos y tareas. Ninguna de las dos formas es mejor que la otra, simplemente depende del método que más le convenga a cada quien.
La unión química es muy similar a esto: algunos átomos son mucho más felices por sí mismos, mientras que algunos prefieren unirse a otros átomos. Estos últimos, lo hacen formando enlaces químicos.
- Este artículo es una introducción a los tipos de enlace en química.
- Veremos por qué se unen los átomos.
- Exploraremos los tres tipos de enlaces químicos.
- Y revisaremos los factores que afectan a la fuerza del enlace.
¿Qué es un enlace químico?
El enlace químico es la atracción entre diferentes átomos que permite la formación de moléculas o compuestos. Se produce gracias a compartir, ceder, aceptar o deslocalizar electrones.
¿Por qué se unen los átomos?
Al principio de este artículo te hemos presentado el enlace químico: la atracción entre diferentes átomos que permite la formación de moléculas o compuestos. Pero, ¿por qué los átomos se unen entre sí de esta manera?
En pocas palabras, los átomos forman enlaces para ser más estables. Para la mayoría de los átomos, esto significa obtener una capa externa completa de electrones. La capa externa de electrones de un átomo se conoce como capa de valencia; estas capas de valencia suelen necesitar ocho electrones para llenarse por completo. Esto les da la configuración electrónica del gas noble más cercano a ellos en la tabla periódica. Conseguir una capa de valencia completa coloca al átomo en un estado energético más bajo y estable, lo que se conoce como la regla del octeto.
La regla del octeto establece que la mayoría de los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta que tienen ocho electrones en su capa de valencia. Esto les da la configuración de un gas noble.
Pero, para llegar a este estado energético más estable, los átomos pueden necesitar mover algunos de sus electrones:
- Algunos átomos tienen demasiados electrones, por lo que les resulta más fácil conseguir una capa de valencia completa deshaciéndose de los electrones sobrantes —ya sea donándolos a otra especie, o deslocalizándolos.
- Otros átomos no tienen suficientes electrones; por tanto, les resulta más fácil ganar electrones extra, ya sea compartiéndolos o aceptándolos de otra especie.
Cuando decimos "más fácil", en realidad queremos decir "más favorable energéticamente". Los átomos no tienen preferencias, simplemente están sujetos a las leyes de la energía que rigen todo el universo.
También hay que tener en cuenta que existen algunas excepciones a la regla del octeto.
Por ejemplo, el gas noble helio solo tiene dos electrones en su capa exterior y es perfectamente estable. El helio es el gas noble más cercano a un puñado de elementos como el hidrógeno y el litio. Esto significa que estos elementos también son más estables cuando tienen solo dos electrones en la capa exterior, y no los ocho que predice la regla del octeto.
El desplazamiento de los electrones crea diferencias de carga, y las diferencias de carga provocan atracción o repulsión entre los átomos. Por ejemplo, si un átomo pierde un electrón, forma un ion con carga positiva. Si otro átomo gana este electrón, forma un ion con carga negativa. Los dos iones con carga opuesta se atraerán entre sí, formando un enlace. Pero esta es solo una de las formas de formar un enlace químico. De hecho, hay varios tipos diferentes de enlaces que debes conocer.
Tipos de enlaces químicos
Existen tres tipos diferentes de enlaces químicos:
Todos ellos se forman entre especies diferentes y tienen características distintas. Empezaremos explorando el enlace covalente.
Enlaces covalentes
Para algunos átomos, la forma más sencilla de conseguir una capa exterior llena es ganando electrones adicionales. Este es el caso típico de los no metales, que contienen un gran número de electrones en su capa externa. Pero, ¿de dónde pueden obtener electrones adicionales? Los electrones no aparecen de la nada. Los no metales lo solucionan de una manera innovadora: comparten sus electrones de valencia con otro átomo. Esto es un enlace covalente.
Un enlace covalente es un par de electrones de valencia que están compartiendo dos átomos.
Una descripción más precisa del enlace covalente involucra a los orbitales atómicos. Los enlaces covalentes se forman cuando los orbitales de los electrones de valencia se solapan y forman un par de electrones compartidos. Los átomos se mantienen unidos por la atracción electrostática entre el par de electrones negativos y los núcleos positivos de los átomos. De este modo, el par de electrones cuenta como parte de la capa de valencia de ambos átomos. Esto permite que ambos ganen, efectivamente, un electrón extra, y que ambos completen o estén más cerca de completar el octeto en su capa externa.
Fig. 1: Enlace covalente en el flúor.
En el ejemplo anterior, cada átomo de flúor comienza con siete electrones de la capa externa —les falta uno de los ocho necesarios para tener una capa externa completa—. Como ambos átomos de flúor pueden utilizar uno de sus electrones para formar un par compartido, los dos completan aparentemente ocho electrones en su capa externa
En el enlace covalente intervienen tres fuerzas.
- La repulsión entre los dos núcleos cargados positivamente.
- La repulsión entre los electrones cargados negativamente.
- La atracción entre los núcleos cargados positivamente y los electrones cargados negativamente.
Si la fuerza total de la atracción es mayor que la fuerza total de la repulsión, los dos átomos se unirán.
Enlaces covalentes múltiples
Para algunos átomos, como el flúor, basta con un solo enlace covalente para obtener el número mágico de ocho electrones de valencia. Pero otros átomos pueden tener que formar múltiples enlaces covalentes, compartiendo más de un par de electrones. Estos pueden enlazar con varios átomos diferentes o formar un enlace doble o triple con un mismo átomo.
Por ejemplo, el nitrógeno necesita formar tres enlaces covalentes para conseguir una capa externa completa. Puede formar tres enlaces covalentes simples, un enlace covalente simple y uno doble, o un enlace covalente triple.
Estructuras covalentes
Algunas especies covalentes forman moléculas discretas, conocidas como moléculas covalentes simples; estás se componen de unos pocos átomos unidos con enlaces covalentes. Estas moléculas suelen tener puntos de fusión y ebullición bajos.
Sin embargo, algunas especies covalentes forman macromoléculas covalentes gigantes, compuestas por numerosos átomos. Estas estructuras tienen puntos de fusión y ebullición elevados. Ya hemos visto que una molécula de flúor está formada por solo dos átomos de flúor unidos covalentemente.
El diamante, en cambio, contiene cientos de átomos unidos covalentemente; concretamente, átomos de carbono. Cada átomo de carbono forma cuatro enlaces covalentes, lo que crea una gigantesca estructura reticular que se extiende en todas las direcciones.
Fig. 3: Representación de la red de un diamante.
Enlaces iónicos
Más arriba hemos visto cómo los no metales ganan electrones extra al compartir un par de electrones con otro átomo. Pero, si juntamos un metal y un no metal, podemos hacer algo mejor: transferir un electrón de una especie a la otra:
- El metal dona sus electrones de valencia adicionales, reduciendo a ocho su capa exterior. Así se forma un ión con carga positiva o catión.
- El no metal gana estos electrones donados, llevando el número de electrones a ocho en su capa exterior y formando un ion con carga negativa, llamado anión.
De este modo, ambos elementos se satisfacen. Los iones de carga opuesta se atraen entre sí, mediante una fuerte atracción electrostática, y forman un enlace iónico.
Un enlace iónico es una atracción electrostática entre iones de carga opuesta.
Fig. 4: Enlace iónico entre el sodio y el cloro.Aquí, el sodio tiene un electrón en su capa externa, mientras que el cloro tiene siete. Para conseguir una capa de valencia completa, el sodio necesita perder un electrón, mientras que el cloro necesita ganar uno. Por tanto, el sodio dona su electrón de la capa externa al cloro, transformándose en un catión y un anión, respectivamente. Los iones de carga opuesta se atraen entre sí, por la atracción electrostática y se mantienen unidos.
Cuando la pérdida de un electrón deja a un átomo sin electrones en su capa externa, consideramos la capa inferior como la capa de valencia. Por ejemplo:
El catión sodio no tiene electrones en su capa externa, por lo que se considera la de abajo, que tiene ocho. El sodio, por tanto, cumple la regla del octeto. Por ello, el grupo VIII suele denominarse grupo 0.
Estructuras iónicas
Las estructuras iónicas forman redes iónicas gigantes constituidas por muchos iones de carga opuesta. No forman moléculas en sí. Cada ion cargado negativamente está unido iónicamente a todos los iones cargados positivamente que le rodean, y viceversa. El gran número de enlaces iónicos confiere a las redes iónicas una gran resistencia y altos puntos de fusión y ebullición.
Fig. 5: Una estructura de red iónica.
El enlace covalente y el enlace iónico están, en realidad, estrechamente relacionados. Existen en una escala, con enlaces completamente covalentes en un extremo y enlaces completamente iónicos en el otro. La mayoría de los enlaces covalentes se encuentran en algún punto intermedio. Decimos que los enlaces que tienden a comportarse como enlaces iónicos tienen un carácter iónico.
Enlaces metálicos
Ya sabemos cómo se unen los no metales entre sí y cómo se unen los no metales con otros los metales. Pero, ¿Cómo se unen los metales? Tienen el problema opuesto al de los no metales: tienen demasiados electrones y la forma más fácil de conseguir una capa exterior completa es perder los electrones que les sobran. Lo hacen de una manera especial: deslocalizando sus electrones de la capa de valencia.
¿Qué ocurre con estos electrones? Forman algo llamado nube de electrones. La nube rodea los centros metálicos restantes, que se organizan en una serie de iones metálicos positivos. Los iones se mantienen en su lugar, por la atracción electrostática entre ellos y los electrones negativos. Esto se conoce como enlace metálico.
El enlace metálico es un tipo de enlace químico que se encuentra en los metales. Consiste en la atracción electrostática entre un conjunto de iones metálicos positivos y una nube de electrones.
Es importante señalar que los electrones no están asociados a ningún ion metálico en particular. En cambio, se mueven libremente entre todos los iones, actuando a la vez como un pegamento y un amortiguador. Esto da lugar a una buena conductividad en los metales.
Fig. 6: Enlace metálico en el sodio.
Hemos aprendido antes que el sodio tiene un electrón en su capa externa. Cuando los átomos de sodio forman enlaces metálicos, cada átomo de sodio pierde este electrón de la capa externa para formar un ion de sodio positivo, con una carga de +1. Los electrones forman una nube de electrones que rodea a los iones de sodio. La atracción electrostática entre los iones y los electrones se conoce como enlace metálico.
Estructuras metálicas
De manera similar a las estructuras iónicas, los metales forman redes metálicas gigantes, que contienen un número enorme de átomos y se extienden en todas las direcciones. Pero, a diferencia de las estructuras iónicas, son maleables y dúctiles, y suelen tener puntos de fusión y ebullición ligeramente inferiores.
Enlace y propiedades elementales contiene todo lo que necesitas saber sobre cómo el enlace afecta las propiedades de las diferentes estructuras.
Resumen de los tipos de enlace
Hemos elaborado una práctica tabla para ayudarte a comparar los tres tipos de enlace. Resume todo lo que necesitas saber sobre los enlaces covalentes, iónicos y metálicos.
| Covalente | Iónico | Metálico |
| Descripción | Pares de electrones compartidos. | Transferencia de electrones. | Deslocalización de electrones |
| Fuerzas electrostáticas | Entre el par de electrones compartido y los núcleos positivos de los átomos. | Entre iones de carga opuesta. | Entre iones metálicos positivos y el mar de electrones deslocalizados. |
| Estructuras formadas | Moléculas covalentes simples Macromoléculas covalentes gigantes. | Redes iónicos cristalinas. | Redes cristalinas metálicas. |
| Diagrama | | | |
Tabla 1: enlaces covalentes, iónicos y metálicos.
La fuerza de los enlaces químicos
Si tuvieras que adivinar, ¿qué tipo de enlace dirías que es el más fuerte? En realidad, se trata de enlaces iónicos > covalentes > metálicos. Pero, dentro de cada tipo de enlace, hay ciertos factores que influyen en su fuerza.
Empecemos por ver la fuerza de los enlaces covalentes:
Resistencia de los enlaces covalentes
Recordarás que un enlace covalente es un par de electrones de valencia compartidos, gracias al solapamiento de los orbitales electrónicos. Hay algunos factores que afectan a la fuerza de un enlace covalente, y todos tienen que ver con el tamaño de esta área de solapamiento de orbitales. Entre ellos están el tipo de enlace y el tamaño del átomo:
- A medida que se pasa de un enlace covalente simple a un enlace covalente doble o triple, el número de orbitales superpuestos aumenta. Esto incrementa la fuerza del enlace covalente.
- A medida que aumenta el tamaño de los átomos, disminuye el tamaño proporcional del área de solapamiento de los orbitales. Esto disminuye la fuerza del enlace covalente.
- A medida que aumenta la polaridad, aumenta la fuerza del enlace covalente. Esto se debe a que el enlace adquiere un carácter más iónico.
Fuerza de los enlaces iónicos
Ahora sabemos que un enlace iónico es una atracción electrostática entre iones con cargas opuestas. Cualquier factor que afecte a esta atracción electrostática afecta a la fuerza del enlace iónico. Entre ellos se encuentran la carga de los iones y el tamaño de los mismos:
- Los iones con mayor carga experimentan una mayor atracción electrostática. Esto aumenta la fuerza del enlace iónico.
- Los iones de menor tamaño experimentan una mayor atracción electrostática. Esto aumenta la fuerza del enlace iónico.
Fuerza de los enlaces metálicos
Sabemos que un enlace metálico es una atracción electrostática entre un conjunto de iones metálicos positivos y un mar de electrones deslocalizados. Una vez más, cualquier factor que afecte a esta atracción electrostática afecta a la fuerza del enlace metálico:
- Los metales con más electrones deslocalizados experimentan una atracción electrostática más fuerte, y un enlace metálico más fuerte.
- Los iones metálicos con una carga mayor experimentan una atracción electrostática más fuerte, y un enlace metálico más fuerte.
- Los iones metálicos de menor tamaño experimentan una mayor atracción electrostática y un mayor enlace metálico.
Enlace y fuerzas intermoleculares
Es importante señalar que el enlace es completamente diferente de las fuerzas intermoleculares:
- El enlace químico se produce dentro de un compuesto o molécula, y es muy fuerte.
- Las fuerzas intermoleculares son fuerzas electrostáticas que se producen entre moléculas y son mucho más débiles.
El tipo de fuerza intermolecular más fuerte es el enlace de hidrógeno. A pesar de su nombre, no es un tipo de enlace químico. De hecho, ¡es diez veces más débil que un enlace covalente!
- Ve a Fuerzas intermoleculares para saber más sobre los enlaces de hidrógeno y los demás tipos de fuerzas intermoleculares.
Tipos de Enlace - Puntos clave
- El enlace químico es la atracción entre diferentes átomos que permite la formación de moléculas o compuestos. Los átomos se unen para ser más estables, según la regla del octeto.
- Un enlace covalente es un par de electrones de valencia compartido. Suele formarse entre no metales.
- Un enlace iónico es una atracción electrostática entre iones de carga opuesta. Suele producirse entre metales y no metales.
- Un enlace metálico es una atracción electrostática entre un conjunto de iones metálicos positivos y un mar de electrones deslocalizados. Se forma dentro de los metales.
- Los enlaces iónicos son el tipo de enlace químico más fuerte, seguido de los enlaces covalentes y, luego, de los enlaces metálicos. Los factores que afectan a la fuerza del enlace son el tamaño de los átomos o iones y el número de electrones que intervienen en la interacción.
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