Teoría del enlace químico evolución en el siglo XX

 

El descubri miento de la estructura electrónica de los átomos, la descripción del modelo nuclear y de los estados estacionarios de los electrones en la envoltura atómica, y la formulación de una nueva ley periódica para las propiedades de los elementos químicos basada en la carga nuclear de los átomos constituyeron premisas para penetrar en la naturaleza del enlace químico que esperaba por una coherente explicación desde mediados del siglo pasado.

En 1916 se publican los trabajos del físico alemán W. Kossel y del químico físico de la Universidad de California G. N. Lewis, que presentaron una notable resonancia en el tratamiento posterior de este problema. Kossel, desde la Universidad de Munich, fue el primero en postular la posible transferencia electrónica desde un átomo electropositivo hacia otro electronegativo como mecanismo de formación del llamado enlace iónico, que supone su fortaleza por la fuerza electrostática desarrollada entre las especies cargadas con signo opuesto . La idea de la posible existencia de dos tipos de compuestos con enlaces polares y apolares expuesta inicialmente por Lewis en 1916, fue complementada en los años siguientes cuando formula la tesis de que el enlace en las sustancias moleculares es el resultado del compartimiento de un par de electrones por parte de los átomos unidos,  que expresan tendencia a alcanzar la configuración electrónica del gas noble que le sucede en la Tabla Periódica de los elementos. Estos modelos son una primera visión acerca del enlace químico. Pero la necesaria profundización llegó a partir de 1927 cuando se introducen en el pensamiento químico las ideas de la mecánica cuántica. En 1927, un año después de la publicación del artículo de Schrödinger en el cual fue propuesta la ecuación de onda que lleva su nombre, el físico alemán W. Heitler y F. London desarrolló el cálculo mecánico cuántico de la molécula de hidrógeno, que dio una explicación cuantitativa del enlace químico. En esencia el cálculo vino a demostrar que durante el acercamiento de dos átomos con electrones de espines opuestos ocurre un aumento de la densidad de la nube electrónica en el espacio entre los núcleos, que se acompaña con una disminución considerable de la energía del sistema. Surge el enlace con la formación así de un sistema más estable.
Comenzaría a desarrollarse un nuevo sistema de categorías para explicar las características del enlace químico. Algunos de los conceptos que emergen con un contenido cualitativamente distinto son los de orbital atómico y orbital molecular que ahora designan regiones que con determinada probabilidad se encuentra la nube de electrones; las nociones de energía de enlace para indicar su fortaleza, radio o distancia intranuclear promedio para señalar las posiciones relativas de los núcleos, densidad electrónica relativa para denotar la existencia de los sitios activos responsables de la reactividad, y orden de enlace para advertir la multiplicidad que presentan los átomos al enlazarse. Las representaciones de Heitler y London sobre el mecanismo de la formación del enlace sirvieron de base para la explicación y el cálculo por aproximación del enlace en moléculas más complejas. Estas representaciones fueron desarrolladas por el método de enlaces de valencia o de pares electrónicos introducidos por los estadounidenses J. Slater y L. Pauling. La formación del enlace es comprendida como la cobertura de las funciones de ondas de los electrones en juego. La orientación espacial que adoptan estos enlaces y que determinan la forma geométrica de la molécula, obedece a la máxima posibilidad de sobre posición de las funciones de ondas que participan en la formación del enlace. Sobre la base de estos principios desarrollan la productiva teoría de hibridación de los orbitales atómicos que explica la capacidad de combinación mostrada por los átomos y la geometría que exhiben las m oléculas. A pesar de la aceptación de la teoría de los enlaces de valencia, sus presupuestos fueron incapaces de dar explicación a determinados hechos experimentales como el paramagnetismo mostrado por el oxígeno. El método de orbitales moleculares elaborado en sus fundamentos por R. Millikan pudo justificar esos hechos experimentales.

El desarrollo de la capacidad predictiva de las teorías del enlace químico no sólo han sustentado las propiedades de los nuevos materiales sintéticos sino que ha orientado el diseño de estructuras moleculares.

Luanny Boniche

Aldair Apu