Enlace químico y orbitales moleculares
El enlace químico describe cómo los electrones compartidos mantienen unidos a los átomos en las moléculas, y la teoría de los orbitales moleculares lo explica combinando orbitales atómicos en orbitales moleculares deslocalizados.
Definition
El enlace químico es la interacción atractiva neta que mantiene unidos a los átomos en una molécula, surgiendo cuántico-mecánicamente de la disminución de la energía electrónica cuando se comparten electrones; un orbital molecular es una función de onda de un electrón que se extiende por toda la molécula, típicamente construida como una combinación lineal de orbitales atómicos.
Scope
Este tema abarca la descripción cuántico-mecánica del enlace químico: el ion-molécula de hidrógeno y la molécula de hidrógeno como prototipos, la construcción de orbitales moleculares enlazantes y antienlazantes mediante la combinación lineal de orbitales atómicos, el orden de enlace y su relación con la estabilidad, y la imagen complementaria del enlace de valencia con hibridación. Explica el enlace covalente, el intercambio de electrones y las tendencias en la fuerza del enlace y el magnetismo en las moléculas diatómicas.
Core questions
- ¿Por qué el compartir electrones disminuye la energía de dos átomos y forma un enlace?
- ¿Cómo se construyen los orbitales moleculares a partir de los orbitales atómicos?
- ¿Qué distingue a los orbitales enlazantes de los antienlazantes, y qué es el orden de enlace?
- ¿Cómo se relacionan las descripciones de orbitales moleculares y de enlace de valencia?
Key concepts
- Enlace covalente y compartición de electrones
- Orbitales enlazantes y antienlazantes
- Combinación lineal de orbitales atómicos
- Orden de enlace
- Interacción de intercambio
- Hibridación y resonancia
Key theories
- Teoría de orbitales moleculares (LCAO)
- La combinación de orbitales atómicos en fase da un orbital molecular enlazante con una densidad electrónica mejorada entre los núcleos, y fuera de fase da un orbital antienlazante de mayor energía con un nodo; el llenado de estos determina el orden de enlace y la estabilidad molecular.
- Teoría del enlace de valencia y el enlace covalente
- Heitler y London demostraron cuántico-mecánicamente que dos átomos de hidrógeno se unen a través de una interacción de intercambio de sus electrones, la base de la imagen del enlace de valencia posteriormente extendida por Pauling con la hibridación y la resonancia.
Clinical relevance
Las teorías de orbitales moleculares y de enlace de valencia explican y predicen la geometría, estabilidad, reactividad y propiedades magnéticas y ópticas de las moléculas, proporcionando el lenguaje conceptual de la química y la base para los métodos computacionales utilizados en el descubrimiento de fármacos y el diseño de materiales.
History
El tratamiento de la molécula de hidrógeno realizado por Heitler y London en 1927 fue la primera explicación cuántico-mecánica del enlace covalente. Mulliken y Hund desarrollaron el enfoque de orbitales moleculares en paralelo, y el libro de Pauling de 1939, "La naturaleza del enlace químico", sintetizó las ideas del enlace de valencia con la hibridación y la electronegatividad en un marco que transformó la química.
Key figures
- Walter Heitler
- Fritz London
- Robert Mulliken
- Linus Pauling
Related topics
Seminal works
- heitler1927
- pauling1939
- atkins2011
Frequently asked questions
- ¿Qué es el orden de enlace?
- El orden de enlace es la mitad de la diferencia entre el número de electrones en orbitales moleculares enlazantes y antienlazantes. Un orden de enlace más alto corresponde a un enlace más fuerte y más corto; un orden de enlace de cero significa que no se forma un enlace estable, como en el caso de dos átomos de helio.
- ¿Por qué el oxígeno molecular es paramagnético?
- La teoría de los orbitales moleculares sitúa los dos electrones más energéticos del O₂ en orbitales antienlazantes degenerados separados con espines paralelos, dejando dos electrones desapareados. Esto hace que el O₂ sea paramagnético, un resultado que la imagen simple del enlace de valencia no predice de forma natural.