Determinadas propiedades de un enlace químico suelen ser similares a pesar de que dicho enlace aparezca en distintos compuestos. Por ejemplo, la fuerza de un enlace O¾H en la molécula de agua puede considerarse la misma que en el metanol (CH3OH). Esta sección se va a centrar en dos de las propiedades más importantes del enlace como son la distancia y la fuerza de un enlace.
La distancia de enlace
La distancia de enlace de equilibrio en una molécula es la separación internuclear entre los dos átomos enlazados. Existen muchos datos en la literatura científica sobre valores de distancias de enlaces, la mayoría de ellos conseguidos a través de difracción de rayos X de sólidos. Aquellas moléculas gaseosas hacen inevitable el uso de técnicas basadas en infrarrojos, microondas o difracción de electrones. En la siguiente tabla aparecen las distancias de enlace de algunas moléculas diatómicas.
Distancias de enlace
H2+ |
H2 |
HF |
HCl |
HBr |
HI |
N2 |
O2 |
F2 |
Cl2 |
I2 |
|
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
d(Å) |
1.06 |
0.74 |
0.92 |
1.27 |
1.41 |
1.60 |
1.09 |
1.21 |
1.44 |
1.99 |
2.67 |
Una aproximación de partida consiste en dividir la distancia de enlace de equilibrio en dos contribuciones, una propia de cada átomo. La contribución de un átomo a un enlace covalente es el denominado radio covalente de dicho elemento. La Tabla 2 muestra los valores de los radios covalentes para algunos elementos. Obviamente, dependiendo de la multiplicidad del enlace (simple, doble o triple, un átomo podrá presentar distintos valores de radios covalentes. De esta forma puede predecirse una determinada distancia de enlace. Por ejemplo, la distancia de enlace P¾N se puede considerar como la suma del radio covalente del N y el del P:
d(P¾N) = rP + rN = 1,10 Å + 0,74 Å = 1,84 Å
Este valor es bastante cercano al determinado experimentalmente de d(P¾N)exp = 1,8 Å.
Radios covalentes de algunos elementos
H 0.37 |
|||
C 0.77(1) 0.67(2) 0.60(3) |
N 0.74(1) 0.65(2) |
O 0.66(1) 0.57(2) |
F 0.64 |
Si 1.18(1) |
P 1.10 |
S 1.04(1) 0.95(2) |
Cl 0.99 |
Ge 1.22(1) |
As 1.21 |
Se 1.04 |
Br 1.14 |
Sb 1.41 |
Te 1.37) |
I 1.33 |
El radio covalente varía periódicamente de la misma manera que lo hace el radio metálico e iónico, y su valor es aproximadamente igual a la separación entre los núcleos de dos átomos cuando sus capas más internas están en contacto: los electrones de valencia hacen que los átomos se aproximen hasta que las repulsiones interelectrónicas entre las capas más internas llegan a ser dominantes. El radio covalente expresa la distancia más pequeña de aproximación entre dos átomos enlazados. La menor distancia de aproximación entre dos átomos que no están enlazados se expresa mediante el radio de van der Waals de dichos elementos, que es la separación internuclear cuando las capas de valencia de los dos átomos se ponen en contacto, sin que exista enlace. Los radios de van der Waals son de extremada importancia en el empaquetamiento de compuestos moleculares en cristales, en las conformaciones adoptadas por moléculas pequeñas y en las formas que exhiben las macromoléculas biológicas.
La fuerza de un enlace
Una forma de cuantificar, en términos termodinámicos, la fuerza de un enlace es mediante la entalpía de disociación del enlace, DH(A¾D), que se define como la variación de la entalpía estándar del siguiente proceso:
A¾D(g) ® A(g) + D(g) DH(A¾D)
La entalpía media de enlace, que se representa por B, es la entalpía de disociación media obtenida a partir de una serie de enlaces A¾B presentes en distintas moléculas. Estas entalpías de enlace se emplean para calcular entalpías de reacción.
La variación de las entalpías de enlace en la Tabla Periódica puede resumirse de la siguiente forma:
a) Para un elemento E que no posea pares de electrones sin compartir, la entalpía del enlace E¾X disminuye al descender en un grupo: por ejemplo:
B/kJ mol-1 |
|
---|---|
C-C | 347 |
Si-C | 301 |
Ge-C | 242 |
(b) Para un elemento que tiene pares de electrones libres, la entalpía de enlace disminuye al descender en el grupo, pero el valor de dicha entalpía para el primer elemento del grupo es mucho menor que para un elemento del periodo 3.
Ejemplos:
B/ (kJ mol-1) |
B/
(KJ mol-1) |
||
---|---|---|---|
N-O | 163 |
C-Cl | 326 |
P-O | 368 |
Si-Cl | 401 |
As-O | 330 |
Ge-Cl | 339 |
Sn-Cl | 314 |
Por último, es preciso recordar la importancia de las entalpías de enlace en la definición de electronegatividad de Pauling, puesto que suponen la base experimental para dicha escala.