Otra forma de satisfacer la regla del octeto es compartiendo electrones entre los átomos para formar enlaces covalentes. Estos enlaces son más fuertes y mucho más comunes que los enlaces iónicos en las moléculas de los organismos vivos. Los enlaces covalentes se encuentran habitualmente en las moléculas orgánicas basadas en el carbono, como nuestro ADN y las proteínas. Los enlaces covalentes también se encuentran en moléculas inorgánicas como el H2O, el CO2 y el O2. Se pueden compartir uno, dos o tres pares de electrones, formando enlaces simples, dobles y triples, respectivamente. Cuantos más enlaces covalentes haya entre dos átomos, más fuerte será su conexión. Así, los enlaces triples son los más fuertes.
La fuerza de los diferentes niveles de enlace covalente es una de las principales razones por las que los organismos vivos tienen dificultades para adquirir nitrógeno para utilizarlo en la construcción de sus moléculas, a pesar de que el nitrógeno molecular, N2, es el gas más abundante en la atmósfera. El nitrógeno molecular está formado por dos átomos de nitrógeno triplemente enlazados entre sí y, como ocurre con todas las moléculas, el hecho de compartir estos tres pares de electrones entre los dos átomos de nitrógeno permite llenar sus envolturas electrónicas externas, lo que hace que la molécula sea más estable que los átomos de nitrógeno por separado. Este fuerte triple enlace hace que los sistemas vivos tengan dificultades para romper este nitrógeno para utilizarlo como constituyente de las proteínas y el ADN.
La formación de las moléculas de agua proporciona un ejemplo de enlace covalente. Los átomos de hidrógeno y oxígeno que se combinan para formar las moléculas de agua están unidos por enlaces covalentes. El electrón del hidrógeno divide su tiempo entre la capa exterior incompleta de los átomos de hidrógeno y la capa exterior incompleta de los átomos de oxígeno. Para llenar completamente la capa exterior del oxígeno, que tiene seis electrones en su capa exterior pero que sería más estable con ocho, se necesitan dos electrones (uno de cada átomo de hidrógeno): de ahí la conocida fórmula H2O. Los electrones se comparten entre los dos elementos para llenar la capa exterior de cada uno, haciendo que ambos elementos sean más estables.
Vea este breve vídeo para ver una animación de los enlaces iónicos y covalentes.
Enlaces covalentes polares
Hay dos tipos de enlaces covalentes: polares y no polares. En un enlace covalente polar, mostrado en la figura 1, los electrones se reparten de forma desigual entre los átomos y son atraídos más por un núcleo que por el otro. Debido a la distribución desigual de los electrones entre los átomos de los distintos elementos, se desarrolla una carga ligeramente positiva (δ+) o ligeramente negativa (δ-). Esta carga parcial es una propiedad importante del agua y explica muchas de sus características.
El agua es una molécula polar, en la que los átomos de hidrógeno adquieren una carga parcial positiva y el oxígeno una carga parcial negativa. Esto ocurre porque el núcleo del átomo de oxígeno es más atractivo para los electrones de los átomos de hidrógeno que el núcleo del hidrógeno para los electrones del oxígeno. Por lo tanto, el oxígeno tiene una electronegatividad más alta que el hidrógeno y los electrones compartidos pasan más tiempo cerca del núcleo del oxígeno que cerca del núcleo de los átomos de hidrógeno, dando a los átomos de oxígeno e hidrógeno cargas ligeramente negativas y positivas, respectivamente. Otra forma de decirlo es que la probabilidad de encontrar un electrón compartido cerca de un núcleo de oxígeno es más probable que encontrarlo cerca de un núcleo de hidrógeno. En cualquier caso, la electronegatividad relativa del átomo contribuye al desarrollo de cargas parciales siempre que un elemento sea significativamente más electronegativo que el otro, y las cargas generadas por estos enlaces polares pueden utilizarse entonces para la formación de enlaces de hidrógeno basados en la atracción de cargas parciales opuestas. (Los enlaces de hidrógeno, que se analizan en detalle más adelante, son enlaces débiles entre átomos de hidrógeno ligeramente cargados positivamente con átomos ligeramente cargados negativamente en otras moléculas). Dado que las macromoléculas suelen tener átomos dentro de ellas que difieren en electronegatividad, los enlaces polares suelen estar presentes en las moléculas orgánicas.
Enlaces covalentes no polares
Los enlaces covalentes no polares se forman entre dos átomos del mismo elemento o entre elementos diferentes que comparten electrones por igual. Por ejemplo, el oxígeno molecular (O2) es no polar porque los electrones se distribuyen por igual entre los dos átomos de oxígeno.
Otro ejemplo de enlace covalente no polar es el metano (CH4), también mostrado en la figura 1. El carbono tiene cuatro electrones en su capa más externa y necesita cuatro más para llenarla. Los obtiene de cuatro átomos de hidrógeno, cada uno de los cuales aporta uno, formando una capa exterior estable de ocho electrones. El carbono y el hidrógeno no tienen la misma electronegatividad pero son similares, por lo que se forman enlaces no polares. Los átomos de hidrógeno necesitan cada uno un electrón para su capa más externa, que se llena cuando contiene dos electrones. Estos elementos comparten los electrones por igual entre los carbonos y los átomos de hidrógeno, creando una molécula covalente no polar.
Figura 1. Que una molécula sea polar o no polar depende tanto del tipo de enlace como de la forma molecular. Tanto el agua como el dióxido de carbono tienen enlaces covalentes polares, pero el dióxido de carbono es lineal, por lo que las cargas parciales de la molécula se anulan entre sí.
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