El enlace covalente
Lo que vas a aprender
- Explicar el enlace covalente como un par de electrones compartido por dos átomos de no metales.
- Calcular los electrones de valencia totales de una molécula y repartirlos en pares compartidos y pares libres.
- Dibujar la estructura de Lewis de H₂, Cl₂, HCl y H₂O, comprobando el octeto de cada átomo y los dos electrones de cada hidrógeno.
- Decidir si dos elementos forman un enlace iónico o covalente según su electronegatividad.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
El agua que tomas, el gas de las burbujas de una gaseosa, el azúcar, la parafina de una vela y el plástico de un esfero están hechos de átomos de no metales: hidrógeno, carbono, oxígeno, nitrógeno, cloro. Cuando dos no metales se encuentran pasa algo distinto de lo que viste con la sal: los dos atraen los electrones con fuerza, y ninguno se deja quitar los suyos.
La solución es compartir. En esta lección vas a ver cómo dos átomos ponen electrones en común, cómo se dibuja eso con estructuras de Lewis y cómo decidir, frente a dos elementos, si se unirán con un enlace iónico o con uno covalente.
Antes de empezar recuerda cómo se cuentan los electrones de valencia y cómo se dibuja la estructura de Lewis de un átomo: un punto por cada electrón de valencia alrededor del símbolo.
Explicación
Compartir en vez de ceder
Piensa en dos átomos de cloro. Cada uno tiene 7 electrones de valencia y a cada uno le falta uno para ocho. Los dos tienen la misma electronegatividad, así que ninguno puede quitarle un electrón al otro. Lo que ocurre es que cada átomo pone un electrón en común y se forma un par compartido entre los dos.
Ese par queda entre los dos núcleos y es atraído por ambos al mismo tiempo; esa atracción es la que mantiene unidos a los átomos. A esa unión se le llama enlace covalente. El grupo de átomos unidos así es una molécula: aquí sí hay moléculas, con un número fijo de átomos, no una red de iones como en la sal.
El par compartido cuenta para los dos
La clave del enlace covalente es que cada átomo cuenta el par compartido en su último nivel. En la molécula de cloro, Cl₂, cada átomo tiene 6 electrones propios en pares que no comparte, más los 2 del par compartido: cuenta 8, su octeto.
En la molécula de hidrógeno, H₂, cada átomo pone su único electrón y se forma un par. Cada hidrógeno cuenta 2, como el helio. Recuerda: el hidrógeno se completa con dos, no con ocho.
Estructuras de Lewis de moléculas
Para dibujar una molécula con enlaces simples se siguen cuatro pasos:
- Sumar los electrones de valencia de todos los átomos de la molécula.
- Unir los átomos con un par compartido en cada enlace (dos puntos entre los símbolos).
- Repartir los electrones que sobran en pares libres alrededor de los átomos, hasta que cada uno tenga 8 (el hidrógeno, 2).
- Comprobar que el total de puntos del dibujo es el de la suma del primer paso.
Un par compartido también se dibuja con una raya: H–Cl quiere decir que el hidrógeno y el cloro comparten un par. Una raya es un enlace simple. Los pares que no se comparten se llaman pares libres. Hay moléculas con dos o tres pares compartidos entre los mismos átomos; esos enlaces dobles y triples los estudiarás en décimo.
Estructuras de Lewis de H₂, Cl₂, HCl y H₂O. Los pares compartidos, en azul, están entre los símbolos; los demás puntos son pares libres. El dibujo no muestra la forma real de la molécula.
El agua: dos enlaces simples
En el agua el oxígeno tiene 6 electrones de valencia y le faltan 2 para ocho; cada hidrógeno tiene uno y le falta uno. El oxígeno comparte un par con cada hidrógeno: forma dos enlaces simples. Al final el oxígeno cuenta 8 y cada hidrógeno, 2. El dibujo de Lewis no dice cómo es la forma de la molécula en el espacio; eso también lo verás en décimo.
¿Iónico o covalente?
La electronegatividad decide qué tipo de enlace se forma:
- Si un átomo atrae los electrones mucho más que el otro, como un metal de los grupos 1 o 2 frente a un no metal de los grupos 16 o 17, el electrón pasa por completo: enlace iónico (NaCl, MgO, CaCl₂).
- Si los dos átomos atraen los electrones con fuerza parecida, como dos no metales, los comparten: enlace covalente (H₂, Cl₂, HCl, H₂O).
En el HCl el cloro atrae el par compartido un poco más que el hidrógeno, pero no se lo queda: el par sigue siendo de los dos. Qué consecuencias tiene esa pequeña diferencia es un tema de décimo.
Cambia de molécula con los botones y gírala. Cada palo es un enlace simple, un par de electrones compartido: el H₂ y el HCl tienen uno, y el agua dos, uno entre el oxígeno y cada hidrógeno.
Ejemplo resuelto
La molécula de hidrógeno, H₂
El hidrógeno tiene Z = 1. Dibuja la estructura de Lewis de H₂.
Ver la solución paso a paso
Cada átomo de hidrógeno tiene un electrón:
$$Z(\mathrm{H}) = 1$$
Paso 1: sumamos los electrones de valencia de los dos átomos.
$$2 \cdot Z(\mathrm{H}) = 2$$
Paso 2: los dos electrones forman el par compartido, H:H. No sobra ninguno para pares libres.
$$2 - 2 = 0$$
Cada hidrógeno cuenta el par y queda con 2, los mismos electrones que tiene el helio:
$$Z(\mathrm{He}) = 2$$
Respuesta: H:H, o H–H: un par compartido y ningún par libre; cada hidrógeno cuenta 2 electrones.
Ejemplo resuelto
La molécula de cloro, Cl₂
El cloro tiene Z = 17. ¿Cuántos electrones de valencia hay en Cl₂ y cuántos pares libres tiene cada átomo?
Ver la solución paso a paso
El número atómico del cloro es 17 y tiene 7 electrones de valencia:
$$Z(\mathrm{Cl}) = 17$$
$$Z(\mathrm{Cl}) - 2 - 8 = 7$$
Paso 1: sumamos los de los dos átomos.
$$2 \cdot 7 = 14$$
Paso 2: un par compartido usa 2 electrones. Quedan:
$$14 - 2 = 12$$
Paso 3: esos 12 forman pares libres, la mitad para cada cloro:
$$\frac{12}{2} = 6$$
Esos 6 electrones de cada cloro se agrupan de dos en dos: son 3 pares libres.
$$\frac{6}{2} = 3$$
Paso 4: cada cloro tiene 3 pares libres y cuenta el par compartido:
$$2 \cdot 3 + 2 = 8$$
Respuesta: 14 electrones de valencia: 2 en el par compartido y 12 en pares libres, 3 pares en cada cloro, que cuenta 8.
Ejemplo resuelto
El cloruro de hidrógeno, HCl
Dibuja la estructura de Lewis de HCl y comprueba que cada átomo queda completo.
Ver la solución paso a paso
Paso 1: el hidrógeno aporta 1 electrón y el cloro, 7.
$$Z(\mathrm{H}) + \left(Z(\mathrm{Cl}) - 2 - 8\right) = 8$$
Paso 2: el par compartido usa 2. Quedan:
$$8 - 2 = 6$$
Paso 3: el hidrógeno ya cuenta 2 con el par compartido, así que los 6 restantes van al cloro como pares libres:
$$\frac{6}{2} = 3$$
Paso 4: el cloro cuenta sus 6 electrones libres más los 2 del par compartido:
$$6 + 2 = 8$$
Respuesta: H–Cl con 3 pares libres en el cloro: el cloro cuenta 8 y el hidrógeno, 2.
Ejemplo resuelto
La molécula de agua, H₂O
El oxígeno tiene Z = 8. ¿Cuántos electrones de valencia hay en H₂O y cómo se reparten?
Ver la solución paso a paso
El oxígeno tiene 6 electrones de valencia:
$$Z(\mathrm{O}) = 8$$
$$Z(\mathrm{O}) - 2 = 6$$
La fórmula tiene dos hidrógenos:
$$\text{átomos de H en }\mathrm{H_{2}O} = 2$$
Paso 1: sumamos los electrones de valencia de los tres átomos.
$$2 \cdot 1 + 6 = 8$$
Al oxígeno le faltan 2 para ocho, así que forma dos enlaces simples, uno con cada hidrógeno.
$$8 - 6 = 2$$
Paso 2: los dos pares compartidos usan:
$$2 \cdot 2 = 4$$
Paso 3: los que quedan son pares libres del oxígeno:
$$8 - 4 = 4$$
$$\frac{4}{2} = 2$$
Paso 4: el oxígeno cuenta 4 electrones libres y 4 compartidos; cada hidrógeno cuenta los 2 de su enlace.
$$4 + 4 = 8$$
Respuesta: 8 electrones de valencia: 4 en dos enlaces simples y 4 en dos pares libres del oxígeno.
Práctica
El flúor tiene Z = 9. ¿Cuántos electrones de valencia hay en total en una molécula de F₂?
9 = 2 + 7: cada flúor tiene 7 electrones de valencia, y la molécula tiene dos átomos: 2·7 = 14, como el Cl₂.
El azufre tiene Z = 16. ¿Cuántos electrones de valencia hay en total en una molécula de H₂S, el gas con olor a huevo podrido?
El azufre tiene 6, como el oxígeno, porque están en el mismo grupo; cada hidrógeno tiene 1: 2·1 + 6 = 8.
La molécula de agua tiene dos enlaces simples. ¿Cuántos electrones comparten en total sus átomos?
Cada enlace simple es un par: 2 electrones. Dos enlaces son 2·2 = 4 electrones compartidos.
En la molécula de HCl, ¿cuántos pares libres tiene el cloro?
Hay 1 + 7 = 8 electrones de valencia; el par compartido usa 2 y quedan 6, es decir, 3 pares libres. Responder 6 es contar electrones en vez de pares.
En la molécula de H₂S, ¿cuántos pares libres tiene el azufre?
Hay 8 electrones de valencia; los dos enlaces simples usan 4 y quedan 4, que son 2 pares libres. Es lo mismo que pasa con el oxígeno en el agua.
El flúor tiene Z = 9. En la molécula de HF, ¿cuántos electrones quedan en pares libres?
1 + 7 = 8 electrones de valencia; el par compartido usa 2 y quedan 6, en 3 pares libres sobre el flúor. El flúor cuenta 6 + 2 = 8.
¿Verdadero o falso? En la molécula de H₂, cada átomo de hidrógeno queda con 8 electrones.
En H₂ solo hay 2 electrones, los del par compartido. Cada hidrógeno los cuenta y queda con 2, como el helio: el hidrógeno no sigue el octeto.
¿Verdadero o falso? En la molécula de Cl₂, cada cloro tiene 6 electrones en pares libres y cuenta 2 del par compartido, así que tiene 8 a su alrededor.
Los 2 electrones del par compartido cuentan para los dos átomos. Con sus 3 pares libres, cada cloro completa el octeto.
¿Verdadero o falso? La molécula de agua tiene 10 electrones de valencia.
Los electrones de valencia son 2·1 + 6 = 8. El 10 es el total de electrones de la molécula (1 + 1 + 8), que incluye los 2 internos del oxígeno; esos no participan en los enlaces.
¿Qué representa la raya en H–Cl?
Cada raya es un enlace simple: dos electrones, uno de cada átomo, que pertenecen a los dos. No hay paso completo de un electrón, ni iones, ni protones compartidos.
¿Cuál de estas sustancias tiene enlaces covalentes?
El hidrógeno y el cloro son no metales que atraen los electrones con fuerza parecida: los comparten. En las otras tres hay un metal de los grupos 1 o 2 y un no metal, con gran diferencia de electronegatividad: son iónicas.
Reto
Abre el candado de las moléculas.
Cada pista da un dígito. Suma los electrones de valencia, separa los que van en enlaces y cuenta el resto en pares.
Reto
Completa la estructura del sulfuro de hidrógeno.
El azufre está en el grupo 16, como el oxígeno. Sigue los cuatro pasos de la lección.
Cierre
En resumen
En el enlace covalente dos átomos de no metales comparten un par de electrones; el par es atraído por los dos núcleos.
Cada átomo cuenta el par compartido en su último nivel; así el cloro llega a 8 y el hidrógeno a 2.
Para dibujar una molécula: sumar los electrones de valencia, unir con pares compartidos, repartir el resto en pares libres y comprobar el total.
Un enlace simple es un par compartido y se dibuja con una raya; los pares que no se comparten son pares libres.
Si un átomo atrae los electrones mucho más que el otro, el enlace es iónico; si atraen parecido, como dos no metales, es covalente.
Vocabulario
- Enlace covalente
Unión de dos átomos que comparten uno o más pares de electrones; se da sobre todo entre no metales.
- Molécula
Grupo definido de átomos unidos por enlaces covalentes, como H₂O o Cl₂.
- Par compartido
Pareja de electrones que pertenece a los dos átomos de un enlace; se dibuja con dos puntos entre los símbolos o con una raya.
- Par libre
Pareja de electrones de valencia que pertenece a un solo átomo y no forma parte de un enlace.
- Enlace simple
Enlace covalente con un solo par compartido.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte cómo se unirían dos átomos de cloro si a los dos les falta un electrón y ninguno cede. Deje que propongan antes de hablar de compartir.
- Explicación · 20 min — Construya en el tablero H₂, Cl₂, HCl y H₂O con los cuatro pasos, borrando y volviendo a contar los puntos. Haga notar que el par compartido se cuenta para los dos átomos.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas. Para el candado y los huecos, pida que dibujen primero la estructura de Lewis en el cuaderno.
- Cierre · 5 min — Presente parejas de elementos (K y Cl, H y O, Mg y O, Cl y Cl) y pida que digan si el enlace es iónico o covalente y por qué.
Preguntas para el salón
- Si el par compartido cuenta para los dos átomos, ¿se están «inventando» electrones? ¿Cuántos hay de verdad en Cl₂?
- ¿Por qué en el agua hay moléculas y en la sal no?
- En el gas HCl el cloro atrae un poco más el par. ¿Por qué no hay ahí iones H⁺ y Cl⁻ como en la sal? (Para el docente: disuelto en agua, el HCl sí suelta iones y forma el ácido clorhídrico; eso es tema de décimo).
Errores típicos
- Contar los electrones del par compartido una sola vez al revisar el octeto de cada átomo, o dos veces al sumar el total. Separe las dos preguntas: el total de puntos del dibujo (cada punto una vez) y lo que cuenta cada átomo (incluye el par compartido).
- Poner ocho electrones alrededor del hidrógeno. Recuerde que el hidrógeno se completa con dos y no lleva pares libres en estas moléculas.
- Usar todos los electrones del átomo y no solo los de valencia (decir que el agua tiene 10). Pida escribir primero la suma por niveles de cada átomo y tomar solo el último sumando.
- Creer que en el enlace covalente un átomo le da el electrón al otro. Contraste las dos figuras de Lewis: en la sal hay corchetes y cargas; en el HCl, un par entre los dos símbolos.
Tarea sugerida
Dibujar con los cuatro pasos las estructuras de Lewis de F₂, HF y H₂S, escribir en cada una el total de electrones de valencia, los pares compartidos y los pares libres, y explicar por qué el KF no se dibuja así.