Todas las cosas que vemos a nuestro alrededor están formadas por átomos: desde nuestros mejores amigos, hasta nuestro desayuno o el aire que respiramos. Nuestra familia, nuestro hogar, nuestro planeta y todo lo que hay en nuestro universo está formado por estos diminutos bloques.
En la naturaleza, hay alrededor de 100 tipos diferentes de estos ladrillos básicos. Estos que vemos aquí. Pero ¿no es esto extraño? Con solo 100 elementos se forma todo lo que conocemos, pero hay muchas más cosas que solo estas 100 sustancias. ¿Cómo es posible esto?
Esto es posible porque los átomos no actúan solos: se pueden unir de diversas maneras para formar diferentes moléculas, cada una con sus propiedades, generando una diversidad casi infinita de materiales: desde el suave pelaje de Fido, hasta el delicioso sabor de una pizza recién horneada. Pero ¿cómo lo hacen? Veamos.
Existen tres formas principales en las que los átomos se unen: los enlaces iónicos, los enlaces covalentes y los enlaces metálicos. A estos tipos de uniones se les llama enlaces químicos. En este video, vamos a ver solo estos dos primeros y dejaremos los enlaces metálicos para un futuro cercano.
Ahora, para entender por qué los átomos se unen tenemos que saber dos cosas: cuál es la estructura de los átomos y qué es la electronegatividad. Los átomos están formados por tres componentes principales: los protones, los neutrones y los electrones. Los primeros dos, forman el núcleo de los átomos. De estos, el más importante para nuestro tema son los protones.
¿Por qué? Porque el número de protones determina el elemento de un átomo. Un átomo con solo un protón es un átomo de hidrógeno. Uno con dos, uno de helio. Y, uno con tres, uno de litio. En la tabla periódica, el número atómico, este que está aquí, nos dice cuántos protones tiene un átomo.
Otra de las razones por las que los protones son importantes es por su carga eléctrica. Esta carga, que es positiva, atrae a partículas cargadas negativamente, como los electrones, el tercer componente de los átomos. Los electrones son partículas con la misma cantidad de carga que los protones, solo que esta es negativa. Como las cargas opuestas se atraen, estos por son atraídos por el núcleo cargado positivamente.
Por lo general, estos orbitan a los átomos en diferentes niveles o capas. Estas capas están organizadas de tal manera que los electrones más cercanos al núcleo tienen menos energía, mientras que los electrones más alejados, que se encuentran en las capas externas, tienen más energía. Cada capa puede contener un número máximo de electrones. La primera solo puede contener dos, mientras que las siguientes pueden contener más.
Ahora, esto es importante porque el número de electrones en la última capa es la que determina las propiedades químicas del átomo. O, en otras palabras, es la que determina cómo los átomos pueden unirse con otros. A esta última capa, los químicos la llaman la capa de valencia.
Si un átomo, tiene 8 o más electrones en su capa externa, entonces será un átomo estable. Es decir, no formará enlaces químicos con otros átomos. A esto se le llama la regla del octeto. En contraste, si el átomo tiene menos de 8 electrones, entonces será más reactivo. En otras palabras, formará más fácilmente enlaces con otros átomos.
El segundo concepto que debemos conocer es el de electronegatividad. En química, la electronegatividad es la habilidad de un átomo para atraer electrones y usualmente es medida usando la escala de Pauling. Cada elemento, tiene su propia electronegatividad. Esta nos dice qué tipo de enlace tendrán dos átomos. Si la diferencia en su electronegatividad es mayor a 2, entonces los átomos formarán un enlace iónico. Por otro lado, si esta diferencia es menor, entonces formarán un enlace covalente. Pero ¿cómo sucede esto? Veamos.
Todo empieza con un grupo de átomos. Imagina dos átomos: uno de sodio y otro de cloro. El sodio tiene un solo electrón en su capa de valencia, mientras que el cloro tiene siete. Esto significa que ambos son reactivos, ya que no cumplen con la regla del octeto. Cabe resaltar que, usualmente, los átomos tratarán de llegar a una configuración estable; es decir, cumplir con la regla del octeto. Así, si los acercamos, estos empezarán a reaccionar.
Al cloro solo le falta un electrón para llegar a tener 8, mientras que el sodio tiene un electrón de más que orbita de manera solitaria en su última capa. El primero “quiere” ganar electrones, mientras que el segundo quiere “perderlos”. Así, el cloro le roba un electrón al sodio y se convierte en un ion de cloro. Por otro lado, el sodio se convierte en un ion de sodio.
Los iones son átomos cargados eléctricamente. Usualmente, los átomos tienen el mismo número de electrones que protones, por lo que son eléctricamente neutros. Sin embargo, cuando ganan o pierden electrones, estos adquieren carga eléctrica. En el caso del cloro, este tendrá un electrón demás, por lo que será un ion negativo de cloro. Por otro lado, el sodio tiene un electrón menos, por lo que será un ion positivo.
Ahora, como ambos átomos tienen cargas opuestas, estos se atraen y se mantienen unidos formando una molécula de cloruro de sodio: una sustancia que todos encontramos en nuestra cocina y conocemos como sal. A este tipo de enlace en donde un electrón es transferido de un átomo a otro y ambos átomos se atraen, se le llama enlace iónico.
Si nos fijamos en la electronegatividad de los átomos de cloro y sodio veremos que la diferencia entre ambas es mayor que dos. Esta es la razón por la que ambos átomos se enlazan de esta manera. Pero ¿qué pasa si ahora juntamos a dos átomos con una diferencia de electronegatividad menor? Veamos.
Digamos que tenemos dos átomos de oxígeno. Como sospecharás, ambos átomos tienen la misma electronegatividad. Esto significa que su diferencia es 0. Dado que 0 es menor a dos, entonces no tendrán un enlace ionizante, sino más bien un enlace covalente.
Ambos tienen solo 6 electrones en su última capa. Así, ambos “querrían” ganar dos electrones para llegar a tener 8. Si los acercamos, estos se unirán formando un enlace covalente, compartiendo dos electrones con el otro oxígeno, y formando una molécula de O2. En otras palabras, formando la molécula que todos nosotros usamos al respirar.
En este caso no hay ionización, porque su electronegatividad es la misma. Pero, ¿qué pasa si la electronegatividad no es la misma pero sigue siendo menor que 2? En este caso, también se forma un enlace covalente, aunque uno de los electrones pasará más tiempo cerca del átomo con mayor electronegatividad. Este es el caso, por ejemplo, del agua: una molécula formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. En el caso del agua, los electrones enlazados tenderán a estar más frecuentemente cerca del oxígeno, aunque estos serán en general compartidos.
Así, son los electrones en la capa de valencia los causantes de que los átomos de diferentes elementos interactúen con otros, formando una infinidad de sustancias a partir de un conjunto reducido de bloques básicos.
De hecho, nuestro ADN está formado principalmente por enlaces covalentes y otro tipo de enlaces de los que te hablaremos en un próximo video.
