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2.10: Enlaces covalentes
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Covalent Bonds
 
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TRANSCRIPCIÓN

2.10: Covalent Bonds

2.10: Enlaces covalentes

Overview

When two atoms share electrons to complete their valence shells they create a covalent bond. An atom’s electronegativity—the force with which shared electrons are pulled towards an atom—determines how the electrons are shared. Molecules formed with covalent bonds can be either polar or nonpolar. Atoms with similar electronegativities form nonpolar covalent bonds; the electrons are shared equally. Atoms with different electronegativities share electrons unequally, creating polar bonds.

A Covalent Bond Is Formed by Two Shared Electrons

The number of covalent bonds that an atom can form is dictated by how many valence electrons it has. Oxygen, for example, has six out of eight possible valence electrons, meaning that each oxygen atom needs two more electrons to become stable. Oxygen can form single bonds with two other atoms, as it does when it forms water with two hydrogen atoms (chemical formula H2O). Oxygen can also form a double bond with just one other atom that also needs two more electrons to complete its octet (e.g., another oxygen atom). Carbon has four valence electrons and therefore can form four covalent bonds, as it does in methane (CH4).

When a covalent bond is made, both atoms share a pair of electrons in a hybrid orbital that differs in shape from a normal orbital. The electrons participating in the bond thus orbit in a modified path around the nuclei of both atoms. Covalent bonds are strong and, once formed, cannot be broken by physical forces.

Electronegativity Determines Whether a Molecule Is Polar or Nonpolar

Electronegativity is the tendency of an atom to attract electrons in a bond. The most electronegative atom is fluorine. Starting with fluorine at the top right corner of the periodic table (omitting the noble gases in the rightmost column), the electronegativity of atoms tends to decrease with diagonal leftward movement down the periodic table, such that atoms with the lowest electronegativities are at the bottom left corner (e.g., francium, or Fr). If atoms have extremely different electronegativities, they will likely form ions instead of covalent bonds. However, for atoms that form covalent bonds with one another, their electronegativity values determine whether the bond will be polar or nonpolar.

A nonpolar bond is one in which the electrons are shared equally, and there is no charge across the molecule. A polar bond, by contrast, occurs when one atom is more electronegative than another and pulls the electrons toward it. Polar bonds have a partial negative charge on one side and a partial positive charge on the other, which is important because it causes polar molecules to behave differently than nonpolar ones.

Polar molecules are hydrophilic because their partial charges attract them to other charged molecules, which also means they are soluble in water. Nonpolar molecules—those containing long stretches of hydrocarbons, such as fats—are said to be hydrophobic. Unlike polar molecules, nonpolar molecules will not dissolve in water. Cells are often surrounded by fluid and have cytoplasms that contain water. Thus, the way a molecule interacts with water and other charged molecules impact how it is transported and used by cells.

Visión general

Cuando dos átomos comparten electrones para completar sus conchas de valencia crean un enlace covalente. La electronegatividad de un átomo —la fuerza con la que los electrones compartidos son arrastrados hacia un átomo— determina cómo se comparten los electrones. Las moléculas formadas con enlaces covalentes pueden ser polares o no polares. Los átomos con electronegatividades similares forman enlaces covalentes no polares; los electrones se comparten por igual. Los átomos con diferentes electronegatividades comparten electrones de manera desigual, creando enlaces polares.

Un bono covalente está formado por dos electrones compartidos

El número de enlaces covalentes que puede formar un átomo está dictado por la cantidad de electrones de valencia que tiene. El oxígeno, por ejemplo, tiene seis de los ocho electrones de valencia posibles, lo que significa que cada átomo de oxígeno necesita dos electrones más para estabilizarse. El oxígeno puede formar enlaces únicos con otros dos átomos, como lo hace cuando forma agua con dos átomos de hidrógeno (fórmula química H2O). El oxígeno también puede formar un doble enlace con otro átomo que también necesita dos electrones más para completar su octeto (por ejemplo, otro átomo de oxígeno). El carbono tiene cuatro electrones de valencia y por lo tanto puede formar cuatro enlaces covalentes, como lo hace en metano (CH4).

Cuando se hace un enlace covalente, ambos átomos comparten un par de electrones en un orbital híbrido que difiere en forma de un orbital normal. Los electrones que participan en el enlace orbitan así en una trayectoria modificada alrededor de los núcleos de ambos átomos. Los lazos covalentes son fuertes y, una vez formados, no pueden ser rotos por las fuerzas físicas.

La electronegatividad determina si una molécula es polar o no polar

La electronegatividad es la tendencia de un átomo a atraer electrones en un enlace. El átomo más electronegativo es el flúor. Comenzando con el flúor en la esquina superior derecha de la tabla periódica (omitiendo los gases nobles en la columna más a la derecha), la electronegatividad de los átomos tiende a disminuir con el movimiento diagonal hacia la izquierda hacia abajo en la tabla periódica, de modo que los átomos con las electronegatividades más bajas están en la esquina inferior izquierda (por ejemplo, francium, o Fr). Si los átomos tienen electronegatividades extremadamente diferentes, es probable que formen iones en lugar de enlaces covalentes. Sin embargo, para los átomos que forman enlaces covalentes entre sí, sus valores de electronegatividad determinan si el enlace será polar o no polar.

Un enlace no polar es aquel en el que los electrones se comparten por igual, y no hay carga a través de la molécula. Un enlace polar, por el contrario, ocurre cuando un átomo es más electronegativo que otro y tira de los electrones hacia él. Los enlaces polares tienen una carga negativa parcial en un lado y una carga positiva parcial en el otro, lo cual es importante porque hace que las moléculas polares se comporten de manera diferente que las no polares.

Las moléculas polares son hidrófilas porque sus cargas parciales las atraen a otras moléculas cargadas, lo que también significa que son solubles en agua. Se dice que las moléculas no polares, aquellas que contienen largos tramos de hidrocarburos, como las grasas, son hidrófobas. A diferencia de las moléculas polares, las moléculas no polares no se disuelven en agua. Las células a menudo están rodeadas de líquido y tienen citoplasmas que contienen agua. Por lo tanto, la forma en que una molécula interactúa con el agua y otras moléculas cargadas afecta la forma en que es transportada y utilizada por las células.

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