La forma en que los elementos interactúan entre sí depende de la disposición de sus electrones y del número de huecos para los electrones que existen en la región más externa donde están presentes los electrones en un átomo. Los electrones existen en niveles de energía que forman cáscaras alrededor del núcleo. La envoltura más cercana puede contener hasta dos electrones. La envoltura más cercana al núcleo siempre se llena primero, antes de que pueda llenarse cualquier otra envoltura. El hidrógeno tiene un electrón, por lo que sólo tiene un punto ocupado dentro de la capa más baja. El helio tiene dos electrones, por lo que puede llenar completamente la capa más baja con sus dos electrones. Si miras la tabla periódica, verás que el hidrógeno y el helio son los dos únicos elementos de la primera fila. Esto se debe a que sólo tienen electrones en su primera capa. El hidrógeno y el helio son los dos únicos elementos que tienen la capa más baja y ninguna otra capa.
Los niveles de energía segundo y tercero pueden contener hasta ocho electrones. Los ocho electrones se organizan en cuatro pares y una posición de cada par se llena con un electrón antes de que se completen los pares.
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Ejemplos de representaciones al estilo de los puntos de Lewis de enlaces químicos entre el carbono (C), el hidrógeno (H) y el oxígeno (O). Los diagramas de puntos de Lewis fueron uno de los primeros intentos de describir el enlace químico y todavía se utilizan ampliamente en la actualidad.
Un enlace químico es una atracción duradera entre átomos, iones o moléculas que permite la formación de compuestos químicos. El enlace puede ser el resultado de la fuerza electrostática entre iones de carga opuesta, como en los enlaces iónicos, o de la compartición de electrones, como en los enlaces covalentes. La fuerza de los enlaces químicos varía considerablemente; hay “enlaces fuertes” o “enlaces primarios”, como los covalentes, iónicos y metálicos, y “enlaces débiles” o “enlaces secundarios”, como las interacciones dipolo-dipolo, la fuerza de dispersión de London y el enlace de hidrógeno.
La vida en la Tierra depende del agua: necesitamos agua para beber, bañarnos, refrescarnos en un caluroso día de verano (Figura 1). De hecho, las pruebas sugieren que la vida en la Tierra comenzó en el agua, más concretamente en el océano, que tiene una combinación de agua y sales, entre las que destaca la sal de mesa común: el cloruro sódico. Pero, ¿dónde aparecen el agua y estas sales comunes en el gran organizador de los elementos, la tabla periódica? Pues bien, ni ellas ni otros millones de sustancias se encuentran en la más famosa de las referencias de la química: la tabla periódica. ¿Por qué no? La respuesta es sencilla.
La tabla periódica organiza los 118 elementos químicos actualmente reconocidos, pero el agua y el cloruro de sodio no son elementos. Más bien, ambos son sustancias que están formadas por una combinación de elementos en una proporción fija. Esas combinaciones de proporción fija de esos 118 elementos se conocen como compuestos. En sus reacciones químicas e interacciones físicas, el cloruro de sodio no actúa como los elementos que lo componen (sodio y cloro), sino que actúa como una sustancia completamente diferente y única. Eso es algo bueno, ya que el cloro es un gas venenoso que se ha utilizado como arma química, y el sodio es un metal altamente reactivo que es ligeramente explosivo con el agua. Entonces, ¿qué permite que el cloruro de sodio actúe de forma totalmente diferente? La respuesta es que, en la sal de mesa, el sodio y el cloro están unidos por un enlace químico que crea un compuesto único, muy diferente de los elementos individuales que lo componen. El enlace químico puede considerarse como una fuerza que mantiene unidos los átomos de varios elementos en dichos compuestos. Abre la posibilidad de millones y millones de combinaciones de los elementos, y la creación de millones y millones de nuevos compuestos. En resumen, la existencia de los enlaces químicos explica la riqueza de la química, que va mucho más allá de esos 118 bloques de construcción.
Las reacciones químicas se producen cuando los electrones de varios átomos se reordenan de forma que existe una fuerza de atracción neta entre los átomos denominada enlace químico. Estos enlaces químicos son de tres tipos: iónicos, covalentes y metálicos.
En el capítulo 2, hemos visto cómo se transfieren los electrones de un metal a un no metal para que ambos átomos tengan un octeto en su capa de valencia. El catión y el anión resultantes de este proceso se mantienen unidos por fuerzas electrostáticas para formar un enlace iónico. Por ejemplo, la transferencia de dos electrones a dos átomos de bromo da lugar a la formación del compuesto iónico bromuro de magnesio.
Este concepto puede ilustrarse utilizando dos átomos de hidrógeno, cada uno de los cuales tiene un solo electrón en su capa de valencia. (En el caso de átomos pequeños como el de hidrógeno, la capa de valencia será la primera capa, que contiene sólo dos electrones). Podemos representar los dos átomos de hidrógeno individuales de la siguiente manera:
Al compartir sus electrones de valencia, ambos átomos de hidrógeno tienen ahora dos electrones en sus respectivas capas de valencia. Como cada cáscara de valencia está ahora llena, esta disposición es más estable que cuando los dos átomos están separados. El intercambio de electrones entre átomos se denomina enlace covalente, y los dos electrones que unen a los átomos en un enlace covalente se denominan par de electrones de enlace. Un grupo discreto de átomos conectados por enlaces covalentes se denomina molécula, la parte más pequeña de un compuesto que conserva la identidad química de dicho compuesto.