CUAL y COMO

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⭐⭐2.2 ENLACES QUÍMICOS⭐⭐

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1. LOS ENLACES TIPOS
2. ENLACES COVALENTES
3. ENLACES IONICOS
4.ENLACES DE PEUENTES DE HIDROGENO

OBJETIVOS
•
Describir cómo forman enlaces químicos los electrones de
valencia.
•
Distinguir entre enlaces iónicos, covalentes y de hidrógeno.

1. ATOMOS

Las fuerzas que mantienen juntos los átomos de una molécula o un compuesto son enlaces químicos. La probabilidad de que un átomo forme un enlace químico con otro átomo depende del número de electrones de su capa más externa, denominada capa de valencia. Un átomo con una capa de valencia que contiene ocho electrones es químicamente estable, lo que significa que es improbable que forme enlaces químicos con otros átomos. Por ejemplo, el neón tiene ocho electrones en su capa de valencia y por esta razón no se une fácilmente con otros átomos. La capa de valencia del hidrógeno y el helio es la primera capa de electrones, que tiene un máximo de dos electrones. Como el helio tiene dos electrones de valencia, es demasiado estable y pocas veces forma enlaces con otros átomos. Por el contrario, el hidrógeno tiene un solo electrón de valencia (véase la Figura 2.2), de manera que se une fácilmente con otros átomos. Los átomos de la mayoría de los elementos biológicamente importantes no tienen ocho electrones en sus capas de valencia. En las condiciones apropiadas, dos o más átomos pueden interactuar de manera que producen una disposición químicamente estable de ocho electrones de valencia para cada átomo. Este principio químico, denominado regla del octeto (octeto = juego de ocho), ayuda a explicar por qué los átomos interactúan de manera predecible. Es más probable que un átomo interactúe con otro si al hacerlo ambos quedarán con ocho electrones de valencia. Para que esto suceda, un átomo vacía su capa de valencia parcialmente ocupada, la llena con electrones donados o comparte electrones con otros átomos. La manera en que se distribuyen los electrones determina qué clase de enlace químico se forma. Se considerarán tres tipos de enlaces químicos: enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces de hidrógeno.

2. ENLACES IONICOS

Enlaces iónicos

Como ya se mencionó, cuando los átomos ganan o pierden uno o más electrones de valencia, se forman iones. Los iones de carga positiva y negativa se atraen entre sí: los opuestos se atraen. La fuerza de atracción que mantiene juntos iones con cargas opuestas es un enlace iónico. Considérense los átomos de sodio y cloro, los componentes de la sal de mesa. El sodio tiene un electrón de valencia (Figura 2.4a). Si el sodio pierde este electrón, queda con ocho electrones en su segunda capa, que se convierte en la capa de valencia. Sin embargo, y en consecuencia, el número total de protones (11) supera el número de electrones (10). Así, el átomo de sodio se ha convertido en un catión o un ion con carga positiva. Un ion de sodio tiene una carga de 1+ y se escribe Na + . En cambio, el cloro tiene siete electrones de valencia (Figura 2.4b). Si el cloro gana un electrón de un átomo adyacente, tendrá un octeto completo en su tercera capa de electrones. Después de ganar un electrón, el número total de electrones (18) supera el número de protones (17), y el átomo de cloro se convierte en un anión, un ion con carga negativa. La forma iónica del cloro se llama ion cloruro. Tiene una carga de 1− y se escribe Cl . Cuando un átomo de sodio dona su único electrón de valencia a un átomo de cloro, las cargas positiva y negativa resultantes unen estrechamente a ambos iones y se forma un enlace iónico (Figura 2.4c). El compuesto resultante es cloruro de sodio, que se escribe NaCl. Por lo general, los compuestos iónicos existen como sólidos, con una disposición repetitiva ordenada de los iones, como en el cristal de NaCl (Figura 2.4d). Un cristal de NaCl puede ser grande o pequeño la cantidad total de iones puede variar− pero la relación de Na − + − y Cl siempre es 1:1. En el cuerpo, los enlaces iónicos se hallan principalmente en dientes y huesos, donde confieren intensa fuerza a estos tejidos estructurales importantes. Un compuesto iónico que se degrada en iones positivo y negativo en solución se denomina electrolito. La mayoría de los iones del cuerpo se disuelven en líquidos corporales como electrolitos, así llamados porque sus soluciones pueden conducir una corriente eléctrica (en el Capítulo 27 se analizará la química y la importancia de los electrolitos). El Cuadro 2.2 enumera los nombres y símbolos de los iones comunes del cuerpo.

3.ENLACES COALENTES

Enlaces covalentes

entre átomos de un mismo elemento o de diferentes elementos. Son los enlaces químicos más comunes del cuerpo, y los compuestos que resultan de ellos forman la mayor parte de las estructuras corporales. Se forma un enlace covalente simple cuando dos átomos comparten un par de electrones. Por ejemplo, se forma una molécula de hidrógeno cuando dos átomos de hidrógeno comparten sus únicos electrones de valencia (Figura 2.5a), lo que permite que ambos átomos Cuando se forma un enlace covalente, dos o más átomos comparten electrones en lugar de ganarlos o perderlos. Los átomos forman una molécula unida covalentemente al compartir uno, dos o tres pares de electrones de valencia. Cuando mayor es el número de pares de electrones compartidos entre dos átomos, más resistente es el enlace covalente. Se pueden formar enlaces covalentes tengan una capa de valencia completa por lo menos parte del tiempo. Cuando dos átomos comparten dos pares de electrones, como sucede en la molécula de oxígeno (Figura 2.5b), se forma un enlace covalente doble. Un enlace covalente triple se produce cuando dos átomos comparten tres pares de electrones, como en una molécula de nitrógeno (Figura 2.5c). Obsérvese en las fórmulas estructurales de las moléculas unidas covalentemente de la Figura 2.5 que el número de líneas entre los símbolos químicos indica si el enlace covalente es simple (i), doble (p) o triple (I). Los mismos principios de los enlaces covalentes entre átomos del mismo elemento son aplicables a los enlaces covalentes entre átomos de distintos elementos. El gas metano (CH4) contiene enlaces covalentes formados entre átomos de diferentes elementos, un carbono y cuatro hidrógenos (Figura 2.5d). La capa de valencia del átomo de carbono puede contener ocho electrones, pero sólo tiene cuatro propios. La única capa de electrones de un átomo de hidrógeno puede contener dos electrones, pero cada átomo de hidrógeno tiene sólo uno propio. Una molécula de metano contiene cuatro enlaces covalentes simples independientes. Cada átomo de hidrógeno comparte un par de electrones con el átomo de carbono. En algunos enlaces covalentes, dos átomos comparten por igual los electrones, un átomo no atrae los electrones compartidos con mayor intensidad que el otro átomo. Este tipo de enlace es un enlace covalente no polar. Los enlaces entre dos átomos idénticos siempre son enlaces covalentes no polares (Figura 2.5a-c). Los enlaces entre átomos de carbono e hidrógeno también son no polares, como los cuatro enlaces C–H de una molécula de metano (Figura 2.5d). En un enlace covalente polar, los dos átomos comparten electrones de manera desigual: el núcleo de un átomo atrae los electrones compartidos con mayor intensidad que el núcleo del otro átomo. Cuando se forman enlaces covalentes polares, la molécula resultante tiene una carga negativa parcial cerca del átomo que atrae con mayor intensidad los electrones. Este átomo tiene mayor electronegatividad, el poder de atraer electrones hacia sí mismo. Por lo menos otro átomo de la molécula tendrá una carga positiva parcial. Las cargas parciales se indican con una letra delta griega minúscula, con un signo menos o más: δ − + . En los sistemas vivos, un ejemplo muy importante de un enlace covalente polar es el enlace entre el oxígeno y el hidrógeno en una molécula de agua (Figura 2.5e); en esta molécula, el núcleo del átomo de oxígeno atrae los electrones con más intensidad que los núcleos de los átomos de hidrógeno, por lo que se dice que el átomo de oxígeno tiene mayor electronegatividad. Más adelante en este capítulo, veremos cómo los enlaces covalentes polares permiten que el agua disuelva muchas moléculas que son importantes para la vida. Los enlaces entre nitrógeno e hidrógeno y aquellos entre oxígeno y carbono también son enlaces polares. tengan una capa de valencia completa por lo menos parte del tiempo. Cuando dos átomos comparten dos pares de electrones, como sucede en la molécula de oxígeno (Figura 2.5b), se forma un enlace covalente doble. Un enlace covalente triple se produce cuando dos átomos comparten tres pares de electrones, como en una molécula de nitrógeno (Figura 2.5c). Obsérvese en las fórmulas estructurales de las moléculas unidas covalentemente de la Figura 2.5 que el número de líneas entre los símbolos químicos indica si el enlace covalente es simple (i), doble (p) o triple (I). Los mismos principios de los enlaces covalentes entre átomos del mismo elemento son aplicables a los enlaces covalentes entre átomos de distintos elementos. El gas metano (CH4) contiene enlaces covalentes formados entre átomos de diferentes elementos, un carbono y cuatro hidrógenos (Figura 2.5d). La capa de valencia del átomo de carbono puede contener ocho electrones, pero sólo tiene cuatro propios. La única capa de electrones de un átomo de hidrógeno puede contener dos electrones, pero cada átomo de hidrógeno tiene sólo uno propio. Una molécula de metano contiene cuatro enlaces covalentes simples independientes. Cada átomo de hidrógeno comparte un par de electrones con el átomo de carbono. En algunos enlaces covalentes, dos átomos comparten por igual los electrones, un átomo no atrae los electrones compartidos con mayor intensidad que el otro átomo. Este tipo de enlace es un enlace covalente no polar. Los enlaces entre dos átomos idénticos siempre son enlaces covalentes no polares (Figura 2.5a-c). Los enlaces entre átomos de carbono e hidrógeno también son no polares, como los cuatro enlaces C–H de una molécula de metano (Figura 2.5d). En un enlace covalente polar, los dos átomos comparten electrones de manera desigual: el núcleo de un átomo atrae los electrones compartidos con mayor intensidad que el núcleo del otro átomo. Cuando se forman enlaces covalentes polares, la molécula resultante tiene una carga negativa parcial cerca del átomo que atrae con mayor intensidad los electrones. Este átomo tiene mayor electronegatividad, el poder de atraer electrones hacia sí mismo. Por lo menos otro átomo de la molécula tendrá una carga positiva parcial. Las cargas parciales se indican con una letra delta griega minúscula, con un signo menos o más: δ − + . En los sistemas vivos, un ejemplo muy importante de un enlace covalente polar es el enlace entre el oxígeno y el hidrógeno en una molécula de agua (Figura 2.5e); en esta molécula, el núcleo del átomo de oxígeno atrae los electrones con más intensidad que los núcleos de los átomos de hidrógeno, por lo que se dice que el átomo de oxígeno tiene mayor electronegatividad. Más adelante en este capítulo, veremos cómo los enlaces covalentes polares permiten que el agua disuelva muchas moléculas que son importantes para la vida. Los enlaces entre nitrógeno e hidrógeno y aquellos entre oxígeno y carbono también son enlaces polares. o δ

4. ENLACES PUENTES DE HIDROGENO

Enlaces (puentes) de hidrógeno

Los enlaces covalentes polares que se forman entre átomos de hidrógeno y otros átomos pueden crear un tercer tipo de enlace químico, un enlace de hidrógeno (Figura 2.6). Se forma un enlace (puente) de hidrógeno cuando un átomo de hidrógeno con una carga positiva parcial (δ + ) de átomos electronegativos adyacentes, la mayoría de las veces átomos de oxígeno o nitrógeno más grandes. Así, los enlaces de hidrógeno se deben a que partes de moléculas con cargas opuestas se atraen más que a que compartan electrones, como en los enlaces covalentes, o a que ganen o pierdan electrones, como en los enlaces iónicos. Los enlaces de hidrógeno son débiles en comparación con los enlaces iónicos y covalentes. Por lo tanto, no pueden unir átomos para formar moléculas. Sin embargo, los enlaces de hidrógeno sí establecen uniones importantes ) atrae la carga negativa parcial (δ −entre moléculas o entre diferentes partes de una molécula grande, como una proteína o un ácido nucleico (ambas analizadas más adelante en este capítulo). Los enlaces de hidrógeno que unen moléculas de agua vecinas confieren al agua considerable cohesión, la tendencia de partículas similares a permanecer juntas. La cohesión de las moléculas de agua crea una tensión superficial muy alta, un parámetro de la dificultad para estirar o romper la superficie de un líquido. En el límite entre el agua y el aire, la tensión superficial del agua es muy alta porque la atracción es mucho mayor entre las moléculas de agua que entre éstas y las moléculas de aire. Esto es fácil de observar cuando una araña camina sobre el agua o una hoja flota sobre el agua. La influencia de la tensión superficial del agua sobre el cuerpo se puede observar en la manera que aumenta el trabajo requerido para respirar. Una delgada película de líquido acuoso reviste los sacos alveolares de los pulmones. Por consiguiente, cada inspiración debe tener la fuerza suficiente para superar el efecto de oposición de la tensión superficial cuando los sacos alveolares se expanden y se agrandan con el ingreso del aire. Aunque los enlaces de hidrógeno simples son débiles, moléculas muy grandes pueden contener miles de estos enlaces. Actuando en conjunto, los enlaces de hidrógeno confieren considerable resistencia y estabilidad y ayudan a determinar la forma tridimensional de moléculas grandes. Como se verá más adelante en este capítulo, la forma de una molécula grande determina su manera de funcionar.

PREGUNTAS DE REVISIÓN 4. ¿Qué capa de electrones es la capa de valencia de un átomo y cuál es su significación? 5. Compare las propiedades de los enlaces iónicos, covalentes y de hidrógeno. 6. ¿Qué información se transmite cuando escribe la fórmula molecular o estructural de una molécula?