Un
enlace químico es el proceso físico responsable de las interacciones atractivas entre
átomos y
moléculas, y que confiere estabilidad a los
compuestos químicos diatómicos y poliatómicos. La explicación de tales fuerzas atractivas es un área compleja que está descrita por las leyes de la
electrodinámica cuántica.
[1] Sin embargo, en la práctica los químicos suelen apoyarse en la
mecánica cuántica o en descripciones cualitativas que son menos rigurosas, pero más sencillas en su descripción del enlace químico. En general, el enlace químico fuerte está asociado con la compartición o transferencia de electrones entre los átomos participantes. Las
moléculas,
cristales, y gases diatómicos -o sea la mayor parte del ambiente físico que nos rodea- está unido por enlaces químicos, que determinan la
estructura de la materia.
Los enlaces varían ampliamente en su fuerza. Generalmente, el
enlace covalente y el
enlace iónico suelen ser descritos como "fuertes", mientras que el
enlace de hidrógeno y las
fuerzas de Van der Waals son consideradas como "débiles".
Ejemplo de enlaces químicos entre
carbono C,
hidrógeno H, y
oxígeno O, representados según la
estructura de Lewis. Los diagramas de punto representaron un intento temprano de describir los enlaces químicos, y aún son ampliamente usados hoy en día.
Teniendo en cuenta que las cargas opuestas se atraen, y que los
electrones que orbitan el núcleo están cargados negativamente, y que los
protones en el núcleo lo están positivamente, la configuración más estable del núcleo y los electrones es una en la que los electrones pasan la mayor parte del tiempo
entre los núcleos, que en otro lugar del espacio. Estos electrones hacen que los núcleos se atraigan mutuamente.
En la visión simplificada del denominado
enlace covalente, uno o más electrones (frecuentemente un
par de electrones) son llevados al espacio entre los dos núcleos atómicos. Ahí, los electrones negativamente cargados son atraídos a las cargas positivas de
ambos núcleos, en vez de sólo su propio núcleo. Esto vence a la repulsión entre los dos núcleos positivamente cargados de los dos átomos, y esta atracción tan grande mantiene a los dos núcleos en una configuración de equilibrio relativamente fija, aunque aún vibrarán en la posición de equilibrio. En resumen, el enlace covalente involucra la compartición de electrones en los que los núcleos positivamente cargados de dos o más átomos atraen simultáneamente a los electrones negativamente cargados que están siendo compartidos. En un
enlace covalente polar, uno o más electrones son compartidos inequitativamente entre dos núcleos.
En una visión simplificada de un
enlace iónico, el electrón de enlace no es compartido, sino que es transferido. En este tipo de enlace, el
orbital atómico más externo de uno átomo tiene un lugar libre que permite la adición de uno o más electrones. Estos electrones recientemente agregados ocupan potencialmente un estado de menor energía (más cerca al núcleo debido a la alta
carga nuclear efectiva) de lo que experimentan en un tipo diferente de átomo. En consecuencia, un núcleo ofrece una posición de más fuerte unión a un electrón de lo que lo hace el otro núcleo. Esta transferencia ocasiona que un átomo asuma una carga neta positiva, y que el otro asuma una carga neta negativa. Entonces, el
enlace resulta de la atracción electrostática entre los átomos, y los átomos se constituyen en
iones de carga positiva o negativa.
Todos los enlaces pueden ser explicados por la teoría cuántica, pero, en la práctica, algunas reglas de simplificación les permiten a los químicos predecir la
fuerza, direccionalidad y
polaridad de los enlaces. La
regla del octeto y la
teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia son dos ejemplos. Las teorías más sofisticadas, como la
teoría del enlace de valencia, que incluye la
hibridación de orbitales y la
resonancia, y el método de
combinación lineal de orbitales atómicos dentro de la
teoría de los orbitales moleculares, que incluye a la
teoría del campo de los ligantes. La
electrostática es usada para describir polaridades de enlace y los efectos que ejerce en las sustancias químicas.
Las primeras especulaciones respecto a la naturaleza del
enlace químico son tan tempranas como en el siglo XII, se suponía que ciertos tipos de
especies químicas estaban unidas entre sí por un tipo de
afinidad química. En 1704,
Isaac Newton esbozó su teoría de enlace atómico, en "Query 31" de su
Opticks, donde los
átomos se unen unos a otros por alguna "
fuerza". Específicamente, después de investigar varias teorías populares, en boga en aquel tiempo, de cómo los átomos se podía unir unos a otros, por ejemplo, "átomos enganchados", "átomos pegados unos a otros por reposo", o "unidos por movimientos conspirantes", Newton señaló lo que inferiría posteriormente a partir de su cohesión que:
Las partículas se atraen unas a otras por alguna
fuerza, que en contacto inmediato es excesivamente grande, a distancias pequeñas desempeñan operaciones químicas y su efecto deja de sentirse no lejos de las partículas.
