Enlace Covalente
Un enlace covalente se forma cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones, el tipo de enlace que se encuentra en el agua, el dióxido de carbono y la mayoría de las moléculas.
Definition
Un enlace covalente ocurre cuando dos átomos comparten electrones en lugar de que uno los tome, y los electrones compartidos mantienen unidos a ambos átomos. Se forma cuando dos átomos no metálicos comparten un par de electrones para que cada uno alcance una capa externa completa; un enlace simple comparte un par, uno doble comparte dos, y uno triple comparte tres, y los compuestos moleculares resultantes generalmente tienen puntos de fusión y ebullición más bajos que los compuestos iónicos y no conducen electricidad. El enlace surge de la superposición de orbitales atómicos, lo cual permite que un par de electrones compartido sea atraído por ambos núcleos y baje la energía del sistema: los enlaces sigma se forman por superposición frontal y los enlaces pi por superposición lateral de orbitales $p$, así que un enlace doble es un sigma más un pi y un enlace triple es un sigma más dos pi. La polaridad del enlace depende de la diferencia de electronegatividad, y la teoría de orbitales moleculares describe combinaciones de enlace y antienlace cuya ocupación da el orden de enlace.
Example
En una molécula de agua, el átomo de oxígeno comparte electrones con dos átomos de hidrógeno, y ninguno de los dos cede sus electrones. El gas oxígeno, $O_2$, tiene un enlace doble, ya que cada oxígeno tiene $6$ electrones de valencia y comparte $2$ pares para alcanzar $8$; el gas nitrógeno, $N_2$, tiene un enlace triple, y el metano, $CH_4$, tiene cuatro enlaces simples del carbono al hidrógeno. El enlace triple $N$-$N$ en $N_2$ tiene una energía de enlace de $945\text{ kJ/mol}$ y una longitud de $110\text{ pm}$, frente a $418\text{ kJ/mol}$ y $125\text{ pm}$ para el enlace doble y $160\text{ kJ/mol}$ y $145\text{ pm}$ para el enlace simple, y esa fuerza es la razón por la cual el gas nitrógeno es lo bastante inerte como para diluir el oxígeno que respiramos y por la cual la fijación de nitrógeno requiere enzimas o las altas presiones del proceso Haber.
Key Insight
Los enlaces covalentes usualmente se forman entre dos no metales, y como ninguno de los átomos quiere ceder electrones, compartir es el compromiso. Cuando átomos con distinta capacidad de atracción comparten electrones, la compartición es desigual y un extremo del enlace se vuelve ligeramente negativo, razón por la cual el agua es polar y se pega a sí misma, y por la cual el hielo flota. Lewis propuso el par de electrones compartido en 1916, una década antes de que la mecánica cuántica pudiera explicar por qué compartir baja la energía; la explicación es que la función de onda de un electrón compartido se extiende sobre dos núcleos, reduciendo su energía cinética mientras se mantiene cerca de carga positiva.