Teoría de Lewis
La idea crucial proviene del modelo atómico de Bohr y consiste en dividir a los electrones en dos grupos: internos y de valencia. Solo estos últimos contribuyen al enlace. La teoría se basa en los siguientes principios:
- En algunos casos, se transfieren electrones de un átomo a otro. Así se forman iones positivos y negativos que se atraen por fuerzas electrostáticas originando el enlace iónico.
- En otros casos se comparten uno o más pares de electrones dando lugar a la formación del enlace covalente.
- Los enlaces transferidos o compartidos estabilizan la configuración electrónica de los átomos, pues hacen que coincida con la de los gases nobles, que tiene 8 electrones en la última capa. Esta tendencia general es la llamada regla del octeto.
Valencia Iónica
Es la valencia de un elemento cuando forma compuestos iónicos. Tiene signo, ya que nos indica la carga de los iones que forma ese elemento. La valencia covalente o covalencia indica cuántos enlaces covalentes forma un elemento, es decir, cuántos pares de electrones comparte. Esta valencia no tiene signo y coincide con el número de electrones desapareados que tiene el átomo antes de enlazarse.
Energía de Enlace
Es la energía necesaria para romper un mol de enlaces covalentes en especies gaseosas. Las tienen geometrías y masas moleculares, además ambas son muy polares. Es lógico pensar en fuerzas intermoleculares parecidas, algo más intensas en el fluorometano, por lo que el punto de ebullición de este debería ser algo mayor. El hecho experimental es que el fluorometano hierve a -78 °C y el metanol se mantiene líquido hasta 65 °C. Esto significa que debe haber algún otro tipo más de fuerza intermolecular en el metanol. Esta fuerza adicional, causa de esa diferencia en el punto de ebullición, es el enlace de H.
El enlace de hidrógeno es un caso extremo de interacción dipolar que se da solo cuando se cumplen estos dos requisitos:
- Tiene que haber átomos de H unidos a elementos químicos con átomos de carácter muy electronegativo. Esta situación solo se da cuando el átomo de H está unido al F, el O y el N.
- Simultáneamente se precisa que haya otros átomos pequeños y muy electronegativos que posean pares de electrones no enlazados. Los elementos vuelven a ser los mismos: F, O y N.
El enlace de H se produce por la fuerte atracción eléctrica entre el núcleo de H y un par de electrones solitarios de la molécula vecina. Simbólicamente se representa como un enlace covalente, pero con una línea más larga y discontinua. La energía de enlace de H es intermedia entre la de las fuerzas de Van der Waals y la de los enlaces covalentes. Otro aspecto muy interesante del enlace de H es su carácter direccional.
Las Fuerzas Intermoleculares de Van der Waals
Se denomina fuerza intermolecular a cualquier tipo de interacción entre moléculas que no implique enlace químico.
Fuerza de Dispersión o de London
Esta fuerza intermolecular es la más importante, ya que está presente en todas las moléculas. Su naturaleza resulta inexplicable, ya que esta no prevé ningún mecanismo de atracción eléctrico entre dos cuerpos neutros. El mecanismo de atracción puede ser explicado por la mecánica cuántica, que contempla la existencia de dipolos instantáneos como consecuencia de fluctuaciones espontáneas y aleatorias de las nubes electrónicas. Estas rápidas fluctuaciones provocan asimetrías en la distribución de la carga eléctrica. Y aunque estas asimetrías duran muy poco tiempo, son suficientes para ocasionar la aparición de un momento dipolar en la molécula. A su vez, este dipolo, aunque sea instantáneo, provoca la formación de dipolos inducidos. Las fuerzas de dispersión se deben a atracciones entre dipolos instantáneos y dipolos inducidos. El parámetro que determina la intensidad de las fuerzas de London se denomina polarizabilidad e indica la facilidad con que se polariza la molécula. Cuando más polarizable sea la molécula, más intensas serán las fuerzas de dispersión. La polaridad depende de varios factores: el número total de electrones y la forma molecular.
Fuerzas entre Dipolos Permanentes
Si las moléculas tienen momento dipolar permanente, a las fuerzas de dispersión se les añade un nuevo tipo de fuerza debida a las atracciones eléctricas entre los dipolos, que tienden a producir una ordenación. Esta fuerza adicional afecta cuanto más polar sea la molécula. Hace que una sustancia siga siendo sólida o líquida a temperaturas superiores de las que cabría esperar por el tamaño de sus moléculas.
- En moléculas de masa similar, la presencia de dipolos permanentes origina diferencias apreciables en los puntos de fusión y de ebullición.
- En moléculas de masa muy diferente: las fuerzas de dispersión predominan sobre la contribución de los dipolos permanentes.
Fuerzas entre Dipolos Permanentes y Dipolos Inducidos
Cuando mezclamos dos sustancias moleculares diferentes, puede aparecer un tercer tipo de fuerza de Van der Waals. Esto ocurre cuando una de ellas es apolar y la otra presenta moléculas con momento dipolar permanente. La presencia de moléculas polares provoca la aparición de dipolos inducidos en las moléculas inicialmente apolares. Este tipo de interacción justifica la pequeña, pero no nula, solubilidad en agua de disolventes orgánicos apolares.