¿Qué mantiene unidos a los átomos? Enlaces iónicos, covalentes y metálicos
Un enlace químico es la atracción que mantiene unidos a los átomos en los elementos y los compuestos. En un enlace iónico, un átomo transfiere electrones a otro y los iones de carga opuesta se atraen; en un enlace covalente, los átomos comparten pares de electrones; y en un enlace metálico, los átomos metálicos comparten un «mar» de electrones que se mueven libremente. El tipo que se forma depende sobre todo de si los átomos son metales o no metales.
Por qué se enlazan los átomos
Los átomos se enlazan porque así alcanzan una disposición más estable de los electrones externos, a menudo una capa externa llena como la de un gas noble. Solo participan los electrones externos, los electrones de valencia, y los átomos pueden cederlos, tomarlos o compartirlos. Cada opción lleva a un tipo distinto de enlace.
Enlaces iónicos: ceder y tomar electrones
Un enlace iónico suele formarse entre un metal y un no metal. El átomo metálico pierde electrones y se convierte en un ion positivo, y el átomo no metálico los gana y se convierte en un ion negativo. Las cargas opuestas se atraen con fuerza, y esa atracción es el enlace iónico.
La sal de mesa es el ejemplo clásico. Un átomo de sodio cede su único electrón externo a un átomo de cloro, y se forman Na⁺ y Cl⁻. Un cristal de sal no contiene parejas NaCl separadas. En cambio, cada Na⁺ está rodeado por seis iones Cl⁻ y cada Cl⁻ por seis iones Na⁺, en un patrón repetitivo en forma de cubo llamado red cristalina.
Los compuestos iónicos suelen ser sólidos duros y quebradizos con puntos de fusión altos: la sal se funde a 801 °C. No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí cuando están fundidos o disueltos en agua, porque entonces los iones pueden moverse libremente.
Enlaces covalentes: compartir electrones
Un enlace covalente suele formarse entre dos átomos no metálicos. Ninguno de los dos atrae con la fuerza suficiente para arrebatar electrones al otro, así que comparten un par de electrones. El par compartido es atraído por ambos núcleos, lo que mantiene unidos a los átomos. Un grupo de átomos unidos de esta manera se llama molécula.
En una molécula de agua, H₂O, el átomo de oxígeno comparte un par de electrones con cada uno de los dos átomos de hidrógeno. El oxígeno empezó con 6 electrones externos y ahora tiene 8 a su alrededor, y cada hidrógeno tiene ahora 2, una primera capa llena. Los átomos también pueden compartir dos pares, formando un enlace doble como en O₂, o tres pares, formando un enlace triple como en N₂.
Muchas sustancias covalentes tienen puntos de fusión y de ebullición bajos, así que a menudo son gases o líquidos a temperatura ambiente; el agua hierve a 100 °C. Unas pocas, como el diamante, forman redes gigantes de enlaces covalentes y son extremadamente duras.
Enlaces metálicos: un mar de electrones
En un metal, los átomos liberan sus electrones externos en una reserva común que se mueve libremente por todo el metal. Lo que queda es una disposición regular de iones metálicos positivos, mantenidos unidos por este «mar» de electrones. La atracción entre los iones y los electrones en movimiento es el enlace metálico.
Los electrones libres transportan la corriente eléctrica, y por eso el cobre se usa para fabricar cables, y transportan el calor, y por eso una cuchara de metal en una sopa caliente se calienta rápidamente. Como los enlaces no están fijos entre átomos concretos, las capas de iones pueden deslizarse unas sobre otras, así que los metales se doblan y se pueden martillar para formar láminas en lugar de romperse.
Cómo usar la electronegatividad para predecir el enlace
La electronegatividad mide con qué fuerza atrae un átomo a los electrones compartidos. Para comparar dos átomos, resta el valor menor del mayor. Como guía aproximada, una diferencia inferior a 0,4 significa que los electrones se comparten casi por igual (covalente apolar), una diferencia entre 0,4 y 1,7 aproximadamente significa que se comparten de forma desigual (covalente polar), y una diferencia superior a 1,7 suele significar un enlace iónico.
Cloruro de sodio: 3,16 − 0,93 = 2,23, así que el enlace es iónico. Agua: el oxígeno (3,44) y el hidrógeno (2,20) difieren en 1,24, así que los enlaces O–H son covalentes polares. El oxígeno atrae más cerca los electrones compartidos y tiene una pequeña carga negativa, mientras que los átomos de hidrógeno son ligeramente positivos. Cloro gaseoso, Cl₂: 3,16 − 3,16 = 0, así que los electrones se comparten exactamente por igual.
Estos límites son guías aproximadas, y los libros de texto usan números ligeramente distintos, porque el enlace es en realidad una escala continua. Un atajo funciona la mayoría de las veces: metal + no metal da enlace iónico, no metal + no metal da enlace covalente, y metal + metal da enlace metálico.
Puntos clave
- Los átomos se enlazan para alcanzar una disposición más estable de los electrones externos.
- Los enlaces iónicos se forman cuando un metal transfiere electrones a un no metal, como en NaCl (Na⁺ y Cl⁻).
- Los enlaces covalentes se forman cuando los átomos no metálicos comparten pares de electrones, como en H₂O.
- Los enlaces metálicos mantienen los iones metálicos positivos en un mar de electrones libres, lo que hace que los metales sean buenos conductores.
- Una diferencia de electronegatividad superior a 1,7 suele significar un enlace iónico, e inferior a 0,4 un enlace covalente apolar.
Ponte a prueba
Tres preguntas rápidas sobre esta lección.
1. ¿Qué pareja de elementos tiene más probabilidad de formar un enlace iónico?
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Sodio y cloro — El sodio es un metal y el cloro es un no metal, y su diferencia de electronegatividad de 2,23 apunta a un enlace iónico.2. ¿Qué ocurre con los electrones en un enlace covalente?
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Un par de electrones se comparte entre dos átomos — En un enlace covalente, dos átomos comparten un par de electrones que es atraído por ambos núcleos.3. La electronegatividad del oxígeno es 3,44 y la del hidrógeno es 2,20. ¿Qué tipo de enlace forman?