Page 461 - Quimica - Undécima Edición

10.3 Teoría de enlace-valencia 431

Revisión de conceptos
El dióxido de carbono tiene una geometría lineal y es no polar. Sin embargo sabemos que
la molécula ejecuta movimientos de torsión y alargamiento que crean el momento dipolar.
¿Cómo conciliaría estas descripciones contradictorias acerca del CO 2 ?

10.3 Teoría de enlace-valencia

El modelo de RPECV, basado sobre todo en las estructuras de Lewis, proporciona un
método relativamente sencillo y directo para predecir la geometría de las moléculas. Pero,
como observamos antes, la teoría de Lewis del enlace químico no explica con claridad
por qué existen los enlaces químicos. La idea de relacionar la formación de un enlace
covalente con el apareamiento de electrones constituyó un paso en la dirección correcta,
pero no avanzó lo sufi ciente. Por ejemplo, la teoría de Lewis describe un enlace sencillo
entre los átomos de H en el H 2 y entre los átomos de F en el F 2 esencialmente de la
misma forma, en función de un apareamiento de dos electrones. Sin embargo, estas dos
moléculas tienen energías de disociación de enlace así como distancias de enlace muy
diferentes (436.4 kJ/mol y 74 pm para el H 2 y 150.6 kJ/mol y 142 pm para el F 2 ). Éste
y otros hechos no pueden explicarse por medio de la teoría de Lewis. Para una explicación
más completa de la formación del enlace químico debemos recurrir a la mecánica cuán-
tica. De hecho, el estudio del enlace químico en la mecánica cuántica proporciona también
un medio para comprender la geometría molecular.
Hasta la fecha se utilizan dos teorías mecánico-cuánticas para describir la formación
del enlace covalente y la estructura electrónica de las moléculas. La teoría de enlace-
valencia (EV) supone que los electrones en una molécula ocupan orbitales atómicos de
los átomos individuales. Esto permite tener presente el esquema de los átomos individua-
les participando en la formación del enlace. La segunda teoría, denominada teoría de los
orbitales moleculares (OM) , propone la formación de orbitales moleculares a partir de los
orbitales atómicos . Ninguna teoría explica a la perfección todos los aspectos del enlace,
pero cada una contribuye a la comprensión de muchas de las propiedades moleculares que
se observan.
Empezaremos con el estudio de la teoría de enlace-valencia considerando la formación
de una molécula de H 2 a partir de dos átomos de H. La teoría de Lewis describe el enla-
ce H—H en términos del apareamiento de los dos electrones de los átomos de H. Según
la teoría de enlace-valencia, el enlace covalente H—H se forma como consecuencia del
traslapo de los dos orbitales 1s de los átomos de H. Traslapo signifi ca que los dos orbi-
tales comparten una región común en el espacio.
¿Qué sucede cuando dos átomos de H se aproximan entre sí para formar un enlace?
Al inicio, cuando los dos átomos están alejados lo sufi ciente, no hay interacción. Se dice
que la energía potencial de este sistema (es decir, de los dos átomos de H) es cero.
Conforme los átomos se aproximan uno al otro, cada electrón es atraído por el núcleo del Recuerde que un objeto tiene energía
otro átomo; al mismo tiempo, los electrones se repelen entre sí, y también los dos núcleos. potencial debido a su posición.
Mientras los átomos todavía están separados, la atracción es mayor que la repulsión, por
lo que la energía potencial del sistema disminuye (es decir, se vuelve negativa) a medida
que los átomos se acercan (fi gura 10.5). Esta tendencia continúa hasta que la ener-
gía potencial alcanza un valor mínimo. En este punto, cuando el sistema tiene la energía
potencial mínima , es más estable. Esta condición corresponde al traslapo máximo de los
orbitales 1s y a la formación de la molécula de H 2 , que es estable. Si la distancia entre
los núcleos disminuyera aún más, la energía potencial aumentaría con rapidez y fi nalmen-
te sería positiva como resultado del aumento de las repulsiones electrón-electrón y núcleo-
núcleo. De acuerdo con la ley de la conservación de la energía , la disminución de la
energía potencial, como resultado de la formación de H 2 , debe estar acompañada por una
liberación de energía. Los experimentos han demostrado que a medida que se forma
una molécula de H 2 a partir de dos átomos de H se libera calor. Lo contrario también es