Tipos de enlace

¿Qué es un enlace químico?

¿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.

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.

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:

• Enlace covalente
• Enlace iónico
• Enlace metálico

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

Fig. 7: La fuerza de enlace de los diferentes tipos de enlace.

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.

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.