Enlace químico y estabilidad

Estabilidad

¿Por qué se unen los átomos?

Los cuerpos ordinarios en la naturaleza tienden espontaneamente a alcanzar situaciones de mínima energía porque esto implica una mayor estabilidad. Admitiendo el mismo comportmiento para el mundo de los átomos se podría afirmar que:

Los átomos se unen porque ello le permite pasar a una situación de menor energia, lo cual supone también mayor estabilidad.  

Cuando dos átomos se unen formando un enlace químico, desprenden una energia llamada energia de enlace. Esto es de gran importancia en nuestro mundo, ya que la liberación de esa energía de enlace es la fuente de energía más utilizada en el planeta tierra.

Un enlace químico se produce como resultado de la interacción electrostática entre los nucleos y los electrones de los átomos que se unen. Solo intervienen los electrones de los átomos que se unen. Solo intervienen los electrones de la capa de valencia, quedando inalterados el núcleo y los electrones más próximos al mimso.

Dos átomos, cuando se encuentran distantes no interaccionan entre si, pero conforme se van acercando aparece una atracción entre el núcleo de un átomo y los electrones del otro. Simultáneamente surge una repulsiٔón entre los dos núcleos cargados positivamente y lo mismo ocurre entre los electrones de los dos átomos cargados negativamente.Longitud y energía de enlace

Cuando se forma un enlace químico se desprende energía. Por el contrario, si deseamos romper el enlace formado, debemos aportar externamente esa misma cantidad de energía. Así, se define la energía de enlace como la energía liberada cuando se forma un mol de enlaces a partir de los átomos en estado gaseoso y fundamental. A estas energías de enlace se las llama también entalpías de enlace, como veremos en el tema de termoquímica.

Cabe destacar que cuanto mayor es la energía desprendida en la formación de un enlace más energía se requiere para romperlo y, por tanto, más estable es.

Longitud de enlace o distancia internuclear

La longitud de enlace es la distancia de equilibrio entre los núcleos atómicos, el valor del valle en la curva de estabilidad energética. Esta distancia internuclear es medible experimentalmente por técnicas espectroscópicas o de difracción.

Es preciso indicar, no obstante, que los valores de las tablas solo son promedios, ya que los átomos no permanecen fijos en el espacio, sino que se hallan vibrando en torno a una posición de equilibrio. Cabe añadir, además, que si tenemos enlaces múltiples, aumenta la energía de enlace y disminuye la distancia de enlace.

Ángulo de enlace

El ángulo de enlace sólo tiene sentido cuando consideramos 3 átomos, y es el ángulo formado por los ejes imaginarios que unen el núcleo del átomo central con los núcleos de los átomos unidos a él.

En cuanto a la polaridad del enlace, dada su importancia, lo trataremos con profundidad en el apartado «Polaridad del enlace y polaridad molecular».  La energía de la molécula de hidrógeno es menor que la suma de las energias de los dos átomos que la forman. Esta diferencia de energías se conoce como energía de enlace (E_e) y se define como la energía necesaria para romper el enlace entre dos átomos separándoles a una distencia infinita. Las energías de enlace se dan en kilocalorias por mol de moléculas formadas o separadas. La longitud del enlace se mide en anstrom (Å)  1 Å = 10^-10 m

Regla del octeto

Los gases nobles (He,Ne,Ar, Kr, Xe,Rn) se encuentran en la naturaleza en forma atómica y no tienden a formar compuestos. Los gases nobles se caracterizan por tener todos sus niveles y subniveles energéticos completamente llenos. La estabilidad de los gases nobles se asocia con la estructura electrónica de su última capa con ocho electrones.

Los gases nobles, debido a sus escada reactividad química se empelan en entornos en los que interesa que no se produzcan cambios químicos. Por ejemplo en el interior de las lámparas se usa un gas inerte el argón, si hubiese aire el filamento metálico reaccionaría rapidamente con el oxígeno inutilizando la lámpara.

La teoría del octeto, fue enunciada en 19161​ por el fisicoquímico Gilbert Newton Lewis,y​ dice que los iones de los elementos del sistema periódico tienen la tendencia a completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de 8 electrones, de tal forma que adquieren una configuración muy estable. Esta configuración es semejante a la de un gas noble. Los gases nobles son elementos electroquímicamente estables, ya que cumplen con la estructura de Lewis, son inertes, es decir que es muy difícil que reaccionen con algún otro elemento. Esta conclusión es conocida como la regla del octeto.

Esta regla es aplicable para la creación de enlaces entre los átomos, la naturaleza de estos enlaces determinará el comportamiento y las propiedades de las moléculas. Estas propiedades dependerán por tanto del tipo de enlace, del número de enlaces por átomo, y de las fuerzas intermoleculares.

Una manera de obtener el octeto es perdiendo o ganandeo electrones

·         El cloro Cl con 7 electrones externos tiende a captar uno más y se convierte en Cl^-     

·         Al Sodio Na le resulta más facil perder un electróny no captar siete queda convertido en Na⁺

Formación de iones

Los átomos son neutros si tienen el mismo número de protones y electrónes, pero tambien pueden ganar o perder electrones y convertirse en iones que pueden ser positivos o negativos. En este caso, el número de protones y el número de electrones ya no es el mismo, por lo tanto, el átomo ya no es neutro.

Si un átomo gana electrones, quedará con exceso de carga negativa, transformándose en un ion negativo o anión  

Si el azufre ₁₆S que tiene 16 protones y 16 electrones, gana dos electrones, tendrá un exceso de dos cargas negativas. Se expresa así

S + 2 electrones -> S^-2

Cuando un átomo pierde electrones, queda con exeso de carga positiva y se llama  ion positivo o catión. Si el litio Li que tiene tres protones y tres electrones pierde un electrón, tendrá un exceso de una carga positiva y se expresa así:

Li – 1 electron ->Li⁺   

Tipos de enlace químico

Existen diferentes tipos de enlace químico, basados todos ellos, como se ha explicado antes en la estabilidad especial de la configuración electrónica de los gases nobles, tendiendo a rodearse de ocho electrones en su nivel más externo. Este octeto electrónico puede ser adquirido por un átomo de diferentes maneras, en función de la electronegatividad:

• Enlace iónico
• Enlace covalente
• Enlace metálico