Una vez que se comprende la forma en que se juntan los átomos, se puede abordar la cuestión de cómo interactúan entre sí, en particular, cómo forman enlaces para crear moléculas y materiales macroscópicos. Hay tres formas básicas en que los electrones más externos de los átomos pueden formar enlaces:

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enlace químico: Estructura atómica y enlace

Para comprender la formación de enlaces, es necesario conocer las características generales de la estructura electrónica de los átomos, es decir, la disposición…

1. los Electrones pueden ser transferidos de un átomo a otro.
2. Los electrones se pueden compartir entre átomos vecinos.
3. Los electrones se pueden compartir con todos los átomos de un material.

La primera da lugar a lo que se llama un enlace iónico. Consideremos como ejemplo un átomo de sodio, que tiene un electrón en su órbita más externa, acercándose a un átomo de cloro, que tiene siete. Debido a que se necesitan ocho electrones para llenar la capa más externa de estos átomos, se puede pensar que al átomo de cloro le falta un electrón. El átomo de sodio dona su electrón de valencia única para llenar el agujero en la capa de cloro, formando un sistema de cloruro de sodio a un nivel de energía total más bajo.

Un átomo que tiene más o menos electrones en órbita que protones en su núcleo se llama ion. Una vez que el electrón de su envoltura de valencia ha sido transferido, al átomo de sodio le faltará un electrón; por lo tanto, tendrá una carga positiva y se convertirá en un ion de sodio. Simultáneamente, el átomo de cloro, habiendo ganado un electrón extra, tomará una carga negativa y se convertirá en un ion de cloro. La fuerza eléctrica entre estos dos iones con carga opuesta es atractiva y los bloquea juntos. El compuesto de cloruro de sodio resultante es un cristal cúbico, comúnmente conocido como sal de mesa ordinaria.

La segunda estrategia de unión listada arriba es descrita por la mecánica cuántica. Cuando dos átomos se acercan entre sí, pueden compartir un par de electrones más externos (piense en los átomos como si lanzaran los electrones de un lado a otro) para formar un enlace covalente. Los enlaces covalentes son particularmente comunes en materiales orgánicos, donde las moléculas a menudo contienen largas cadenas de átomos de carbono (que tienen cuatro electrones en sus capas de valencia).

Finalmente, en algunos materiales, cada átomo da un electrón externo que luego flota libremente; en esencia, el electrón es compartido por todos los átomos dentro del material. Los electrones forman una especie de mar en el que los iones positivos flotan como canicas en melaza. Esto se llama enlace metálico y, como su nombre lo indica, es lo que mantiene unidos a los metales.

También hay formas para que los átomos y las moléculas se unan sin intercambiar o compartir electrones. En muchas moléculas, los esfuerzos internos son tales que los electrones tienden a agruparse en un extremo de la molécula, dejando el otro extremo con una carga positiva. En general, la molécula no tiene carga eléctrica neta, es solo que las cargas positivas y negativas se encuentran en diferentes lugares. Por ejemplo, en el agua (H2O) los electrones tienden a pasar la mayor parte de su tiempo cerca del átomo de oxígeno, dejando la región de los átomos de hidrógeno con una carga positiva. Las moléculas cuyas cargas están dispuestas de esta manera se denominan moléculas polares. Un átomo o ion que se aproxima a una molécula polar desde su lado negativo, por ejemplo, experimentará una fuerza eléctrica negativa más fuerte que la fuerza eléctrica positiva más distante. Esta es la razón por la que muchas sustancias se disuelven en el agua: la molécula de agua polar puede extraer iones de los materiales ejerciendo fuerzas eléctricas. Un caso especial de fuerzas polares ocurre en lo que se llama enlace de hidrógeno. En muchas situaciones, cuando el hidrógeno forma un enlace covalente con otro átomo, los electrones se mueven hacia ese átomo, y el hidrógeno adquiere una ligera carga positiva. El hidrógeno, a su vez, atrae a otro átomo, formando así una especie de puente entre los dos. Muchas moléculas importantes, incluido el ADN, dependen de los enlaces de hidrógeno para su estructura.

por último, hay una manera para que una unión débil entre dos átomos eléctricamente neutros. El físico holandés Johannes van der Waals teorizó por primera vez un mecanismo para tal enlace en 1873, y ahora se conoce como fuerzas de van der Waals. Cuando dos átomos se acercan, sus nubes de electrones ejercen fuerzas repulsivas entre sí, de modo que los átomos se polarizan. En tales situaciones, es posible que la atracción eléctrica entre el núcleo de un átomo y los electrones del otro supere las fuerzas repulsivas entre los electrones, y se forme un enlace débil. Un ejemplo de esta fuerza se puede ver en el plomo de lápiz de grafito ordinario. En este material, los átomos de carbono se mantienen unidos en láminas por fuertes enlaces covalentes, pero las láminas se mantienen unidas solo por fuerzas de van der Waals. Cuando se dibuja un lápiz sobre el papel, las fuerzas de van der Waals se rompen y las hojas de carbono se desprenden. Esto es lo que crea la raya de lápiz oscuro.