La manera en que los átomos se enlazan ejerce un efecto profundo sobre las propiedades físicas y químicas de las sustancias. Por ejemplo, al respirar monóxido de carbono, las moléculas de CO se enlazan fuertemente a ciertas sustancias presentes en los glóbulos rojos de la sangre haciendo que estos queden como mineralizados, incapaces de transportar oxígeno, perdiendo así sus propiedades vitales. Entonces debemos preguntarnos: ¿Qué es el enlace químico?, ¿Cómo se da?, ¿Qué lo facilita?, ¿Qué lo impide?, ¿Qué determina que unos sean más fuertes que otros? Estas interrogantes son fundamentales en el estudio de la química, pues los cambios químicos, que pueden ser para bien o para mal, son esencialmente una alteración de los enlaces químicos.
Un concepto básico en química es el estudio de cómo los átomos forman compuestos. La mayoría de los elementos que conocemos existen en la naturaleza formando agrupaciones de átomos iguales o de distintos tipos, enlazados entre sí.
Si comprendemos el mecanismo del enlace químico, este conocimiento puede llevarnos a controlar la formación o ruptura de estos enlaces, por consiguiente, la formación o deformación de sustancias, dependiendo siempre de lo que estemos necesitando.
A inicios del siglo XX, en 1916, de manera independiente, los científicos Walter Kossel y Gilbert Lewis concluyeron que la tendencia que poseen los átomos de lograr estructuras similares a las del gas noble más cercano explica la formación de los enlaces químicos. Esta conclusión es mundialmente conocida como la Regla del Octeto y se enuncia de la siguiente manera:
“Cuando se forma un enlace químico los átomos reciben, ceden o comparten electrones de tal forma que la capa más externa de cada átomo contenga ocho electrones, y así adquiere la estructura electrónica del gas noble más cercano en el sistema periódico”.
Una de las claves de la comprensión de la fuerza motriz del enlazamiento químico, fue el descubrimiento de los gases nobles y su comportamiento químico relativamente inerte. Los gases nobles han sido utilizados cuando se ha hecho necesario tener una sustancia inactiva. Los buzos normalmente usan una mezcla de nitrógeno y oxígeno a presión para respirar bajo el agua. Sin embargo, cuando esta mezcla de gases es usada en profundidades, donde la presión es muy alta, el gas nitrógeno es absorbido por la sangre, con la posible consecuencia de causar desorientación mental. Para evitar este problema, se puede sustituir por una mezcla de oxígeno y helio. El buzo todavía obtiene el oxígeno necesario, pero el inactivo helio que se disuelve en la sangre no causa desorientación mental. El único inconveniente radica en que la menor densidad de la mezcla puede cambiar el ritmo de la vibración de las cuerdas vocales, y el buzo puede emitir sonidos similares al del pato Donald.
La estructura de Lewis permite ilustrar de manera sencilla los enlaces químicos, en ella, el símbolo del elemento está rodeado de puntos o pequeñas cruces que corresponden al número de electrones presentes en la capa de valencia.
La regla del octeto proporciona una forma simple de construir las denominadas estructuras de Lewis, que son diagramas que muestran el tipo de enlace en una molécula; dicho sea de paso pueden ser de tipo iónico, covalente en cualquiera de sus diferentes tipos, etc.
Para poder construir una estructura de Lewis se propone seguir los pasos:
1.- Calcular el número de electrones que se han de incluir en la estructura sumando el número de electrones de la capa de valencia de cada átomo que constituye la molécula.
2.- Escribir los símbolos químicos de los átomos, de forma que se muestre cuáles están enlazados entre sí. Generalmente, el átomo menos electronegativo es el átomo central de una molécula, como ocurre en el CO2 o en el SO42-, aunque existen excepciones como las moléculas de H2O o NH3.
3.- Distribuir los electrones en pares de forma que haya un par de electrones entre cada dos átomos enlazados y poner, a continuación, pares electrónicos (en forma de pares solitarios o múltiples enlaces) hasta que cada átomo se encuentre rodeado de un octeto. Cada par de electrones de enlace se representa por una sola línea. La carga neta de una especie química pertenece a toda la especie química y no a un átomo en particular.
Como se presenta en los siguientes ejemplos:
Configuraciones de los elementos:
S 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
O 1s2 2s2 2p4
H 1s1
2.- H3PO4
Configuraciones de los elementos:
P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
O 1s2 2s2 2p4
H 1s1
3.- H2CO3
Configuraciones de los elementos:
O 1s2 2s2 2p4
H 1s1
4.- C2H4
C 1s2 2s2 2p2
O 1s2 2s2 2p4
H 1s1
Cuando se utiliza la estructura de Lewis, se describe la forma como se distribuyen los electrones en una molécula (o ión); en muchas ocasiones es posible dibujar varias estructuras de Lewis distintas que cumplan con la regla del octeto, para determinar cual es la más razonable se contabilizan los electrones de valencia para determinar la carga formal de cada átomo en cada estructura de Lewis. La carga formal es la carga que tendría el átomo en la molécula si todos los átomos tuvieran la misma electronegatividad, para ello se sigue el procedimiento:
1.- Todos los electrones no compartidos se asignan al átomo en que se encuentran.
2.- Se asigna la mitad de los electrones enlazantes a cada átomo del enlace.
La carga formal de un átomo es igual al número de electrones de valencia que tiene el átomo aislado, menos el número de electrones asignados al átomo en la estructura de Lewis.
Por regla general, cuando existen varias estructuras de Lewis posibles la más estable será aquella en la que:
¾ Los átomos tengan las cargas formales más pequeñas.
¾ Las cargas negativas residan en los átomos más electronegativos.
Conociendo, de manera general, cuáles son los tipos de uniones más frecuentes que se dan entre los átomos, los mecanismos que rigen estos procesos y sabiendo de la existencia de excepciones pueden no ser definitivas.
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