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Física y Química 3.º ESO · El enlace covalente: sustancias moleculares y redes

El enlace covalente: compartir electrones

Objetivo: Al terminar, sabrás explicar que en el enlace covalente dos no metales comparten pares de electrones para completar su octeto, y representarás con diagramas de Lewis moléculas sencillas como H₂, Cl₂, HCl o H₂O, distinguiendo enlaces simples, dobles y triples.

Explicación

¿Qué pasa cuando se unen dos no metales?

En el enlace iónico un metal cede electrones y un no metal los gana. Pero si se unen dos no metales (por ejemplo, dos átomos de cloro), los dos quieren ganar electrones y ninguno quiere cederlos. La solución es compartirlos.

Enlace covalente: unión entre átomos de no metales que comparten uno o más pares de electrones. Cada par compartido pertenece a la vez a los dos átomos, y así ambos completan su última capa:

con 8 electrones (regla del octeto), o
con 2 electrones en el caso del hidrógeno (como el helio).

Las partículas que se forman así se llaman moléculas: grupos de átomos unidos por enlaces covalentes.

Diagramas de Lewis de moléculas

Partimos de los símbolos de Lewis de cada átomo (los electrones de la última capa, como puntos) y los juntamos de forma que compartan electrones desapareados:

$\text{H}\cdot + \cdot\text{H} \rightarrow \text{H}:\text{H} \quad\text{o, abreviado,}\quad \text{H}-\text{H}$

Cada par compartido se dibuja como dos puntos entre los átomos o como una raya: es un enlace.
Los pares que no se comparten se llaman pares no enlazantes (o pares solitarios) y se dibujan alrededor de su átomo.

Enlace simple, doble y triple

Enlace	Pares compartidos	Se dibuja	Ejemplo
Simple	1	$-$	$\text{Cl}-\text{Cl}$ (cloro)
Doble	2	$=$	$\text{O}=\text{O}$ (oxígeno)
Triple	3	$\equiv$	$\text{N}\equiv\text{N}$ (nitrógeno)

¿Cuántos enlaces forma cada átomo?

Tantos como electrones le faltan para completar el octeto (o el par, en el hidrógeno):

Átomo	Grupo	Electrones de valencia	Le faltan	Enlaces que suele formar
H	1	1	1	1
C	14	4	4	4
N	15	5	3	3
O	16	6	2	2
F, Cl, Br	17	7	1	1

Cómo dibujar una molécula sencilla

Escribe los electrones de valencia de cada átomo (símbolo de Lewis).
Coloca en el centro el átomo que forma más enlaces (nunca el H).
Une los átomos con pares compartidos hasta que cada uno tenga su octeto (el H, 2 electrones).
Comprueba: cuenta los electrones alrededor de cada átomo (los compartidos cuentan para los dos) y que el total de puntos sea igual a la suma de electrones de valencia.

Puntos clave

El enlace covalente se forma entre átomos de no metales, que comparten pares de electrones.
Cada par compartido es un enlace: simple (1 par, $-$ ), doble (2 pares, $=$ ) o triple (3 pares, $\equiv$ ).
Con los pares compartidos, cada átomo completa 8 electrones en su última capa; el hidrógeno, 2.
Número de enlaces que forma un átomo = electrones que le faltan para el octeto: H 1, O 2, N 3, C 4, halógenos 1.
Los pares que no se comparten son pares no enlazantes y también se dibujan.
Los átomos unidos por enlaces covalentes forman moléculas: $\text{H}_2$ , $\text{Cl}_2$ , $\text{HCl}$ , $\text{H}_2\text{O}$ …

Errores frecuentes

ErrorPensar que en el enlace covalente un átomo cede electrones al otro, como en el iónico.
Cómo corregirloEntre dos no metales nadie cede: los electrones se comparten y el par pertenece a los dos átomos a la vez. No se forman iones.
ErrorContar los electrones compartidos solo para uno de los átomos y creer que no se cumple el octeto.
Cómo corregirloAl comprobar el octeto, cada par compartido cuenta para los dos átomos que une. En $\text{Cl}-\text{Cl}$ cada cloro tiene 6 electrones propios sin compartir + 2 compartidos = 8.
ErrorOlvidar los pares no enlazantes o poner al hidrógeno con dos enlaces.
Cómo corregirloSuma los electrones de valencia de todos los átomos y comprueba que el dibujo tiene ese mismo número de puntos. El hidrógeno solo puede tener 2 electrones: siempre un único enlace.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Hidrógeno y cloro: moléculas de dos átomos dibujo paso a paso (diagramas de Lewis)
El gas hidrógeno ( $\text{H}_2$ ) que usan algunos autobuses de pila de combustible y el gas cloro ( $\text{Cl}_2$ ) que se usa para potabilizar el agua están formados por moléculas de dos átomos iguales. Dibuja el diagrama de Lewis de cada molécula y explica cómo consigue cada átomo una capa completa.

Resolución
Hidrógeno. Cada H tiene 1 electrón (grupo 1) y le falta 1 para tener 2, como el helio. Comparten sus electrones formando un par: $\text{H}\cdot + \cdot\text{H} \rightarrow \text{H}:\text{H} \quad (\text{H}-\text{H})$ Cada H «ve» 2 electrones: el par compartido. Un enlace simple.

Cloro. Cada Cl tiene 7 electrones de valencia (grupo 17): 3 pares y 1 electrón desapareado. Comparten los electrones desapareados: ${:}\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}-\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}{:}$ y cada cloro conserva 3 pares no enlazantes alrededor.

Comprobación del octeto de cada cloro: 6 electrones sin compartir + 2 del par compartido = 8. Total de electrones en el dibujo: $7 + 7 = 14$ (1 par enlazante + 6 pares no enlazantes = 7 pares = 14 electrones). ✔
Ejemplo 2. La molécula de agua recuento de electrones (numérico)
Dibuja el diagrama de Lewis del agua, $\text{H}_2\text{O}$ , y comprueba con un recuento que se cumplen la regla del octeto y la del par del hidrógeno.

Resolución
1. Electrones de valencia: O tiene 6 (grupo 16); cada H, 1. Total: $6 + 1 + 1 = 8$ electrones (4 pares).

2. Átomo central: el O (forma 2 enlaces; el H solo forma 1).

3. Enlaces: al O le faltan 2 electrones, así que comparte un par con cada H: $\text{H}-\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{O}}}-\text{H}$ y al oxígeno le quedan 2 pares no enlazantes.

4. Comprobación:
- Oxígeno: 2 pares compartidos (4 electrones) + 2 pares no enlazantes (4 electrones) = 8 ✔
- Cada hidrógeno: 1 par compartido = 2 ✔
- Total de electrones en el dibujo: 2 enlaces + 2 pares no enlazantes = 4 pares = 8 ✔
El agua tiene dos enlaces covalentes simples O–H.
Ejemplo 3. Dobles y triples con el kit de modelos modelos moleculares (manipulativo)
El aire que respiramos es casi todo nitrógeno ( $\text{N}_2$ , aproximadamente un 78 %) y oxígeno ( $\text{O}_2$ , aproximadamente un 21 %). En el kit de modelos moleculares del laboratorio, cada varilla representa un par compartido. ¿Cuántas varillas hay que poner entre los dos átomos de oxígeno? ¿Y entre los dos de nitrógeno? Dibuja sus diagramas de Lewis.

Resolución
Oxígeno. Cada O tiene 6 electrones de valencia; le faltan 2. Para completar el octeto los dos átomos comparten 2 pares: $\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{O}}}=\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{O}}}$ 2 varillas: enlace doble. A cada O le quedan 2 pares no enlazantes. Octeto: 4 compartidos + 4 propios = 8 ✔. Total: $6 + 6 = 12$ electrones (2 pares enlazantes + 4 no enlazantes = 6 pares) ✔.

Nitrógeno. Cada N tiene 5 electrones de valencia; le faltan 3. Comparten 3 pares: ${:}\text{N}\equiv\text{N}{:}$ 3 varillas: enlace triple. A cada N le queda 1 par no enlazante. Octeto: 6 compartidos + 2 propios = 8 ✔. Total: $5 + 5 = 10$ electrones (3 + 2 = 5 pares) ✔.

El triple enlace del $\text{N}_2$ es muy fuerte: por eso el nitrógeno del aire es tan poco reactivo.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Indica en qué casos los dos átomos se unirán mediante enlace covalente y explica por qué: a) H y Cl b) Na y Cl c) O y H d) C y O e) Mg y O

Ver solución
Covalente: a) H–Cl, c) O–H y d) C–O (no metal con no metal). b) y e) son iónicos (metal con no metal).
El enlace covalente se da entre no metales. a) H y Cl: dos no metales → covalente. b) Na (metal) y Cl (no metal) → iónico. c) O y H: no metales → covalente. d) C y O: no metales → covalente. e) Mg (metal) y O (no metal) → iónico.
2. Fácil
El flúor ( $\text{F}_2$ ) y el fluoruro de hidrógeno ( $\text{HF}$ ) son dos sustancias moleculares. a) ¿Cuántos electrones de valencia tiene el flúor? b) Dibuja el diagrama de Lewis de las dos moléculas. c) ¿Qué tipo de enlace (simple, doble o triple) tiene cada una?

Ver solución
a) 7. b) F–F con 3 pares no enlazantes en cada F; H–F con 3 pares no enlazantes en el F. c) Las dos, enlace simple.
a) El flúor está en el grupo 17: 7 electrones de valencia; le falta 1. b) $\text{F}_2$ : $\text{F}-\text{F}$ ; cada F conserva 3 pares no enlazantes (6 + 2 = 8 ✔). Total: 14 electrones. $\text{HF}$ : $\text{H}-\text{F}$ ; el F conserva 3 pares no enlazantes (8 ✔) y el H tiene 2 ✔. Total: $1 + 7 = 8$ electrones. c) En las dos se comparte un solo par: enlace simple.
3. Media
El amoníaco ( $\text{NH}_3$ ) es el gas que da el olor fuerte a algunos limpiadores. a) ¿Cuántos electrones de valencia hay en total en la molécula? b) Dibuja su diagrama de Lewis. c) ¿Cuántos pares enlazantes y cuántos no enlazantes tiene?

Ver solución
a) 8. b) N en el centro unido a 3 H por enlaces simples, con 1 par no enlazante en el N. c) 3 pares enlazantes y 1 no enlazante.
a) N: 5 (grupo 15); H: 1 cada uno. Total: $5 + 3 \cdot 1 = 8$ electrones (4 pares). b) Al N le faltan 3 electrones: comparte un par con cada H. El N va en el centro con tres enlaces $\text{N}-\text{H}$ y un par no enlazante. Comprobación: N tiene 3 · 2 + 2 = 8 ✔; cada H, 2 ✔. c) 3 pares enlazantes y 1 par no enlazante (4 pares = 8 electrones ✔).
4. Media
El metano ( $\text{CH}_4$ ) es el componente principal del gas natural que llega a muchas cocinas y calderas de Madrid. a) ¿Por qué el carbono forma 4 enlaces? b) Dibuja el diagrama de Lewis. c) ¿Tiene el carbono algún par no enlazante?

Ver solución
a) Tiene 4 electrones de valencia y le faltan 4. b) C en el centro con 4 enlaces simples C–H. c) No.
a) El C está en el grupo 14: 4 electrones de valencia; le faltan 4 para el octeto, así que comparte 4 pares. b) C en el centro unido a los 4 H por enlaces simples $\text{C}-\text{H}$ . c) No: sus 4 electrones están todos en enlaces. Comprobación: C tiene 4 · 2 = 8 ✔; cada H, 2 ✔; total $4 + 4 = 8$ electrones = 4 pares enlazantes ✔.
5. Difícil
El dióxido de carbono ( $\text{CO}_2$ ) es el gas de las bebidas con burbujas. Su molécula es lineal, con el carbono en el centro: O C O. a) Calcula el número total de electrones de valencia. b) Explica por qué el carbono no puede unirse a cada oxígeno con un enlace simple. c) Dibuja el diagrama de Lewis correcto y comprueba el octeto de los tres átomos.

Ver solución
a) 16. b) Con dos enlaces simples el C solo tendría 4 electrones y cada O, 7: no completan el octeto. c) $\text{O}=\text{C}=\text{O}$ , con 2 pares no enlazantes en cada O; los tres átomos tienen 8 electrones.
a) C: 4; O: 6 cada uno. Total: $4 + 6 + 6 = 16$ electrones (8 pares). b) Con $\text{O}-\text{C}-\text{O}$ el carbono solo compartiría 2 pares (4 electrones) y a cada oxígeno le faltaría todavía 1 electrón: no se cumple el octeto. c) Al C le faltan 4 electrones y a cada O, 2: el C comparte 2 pares con cada O → $\text{O}=\text{C}=\text{O}$ (dos enlaces dobles). Cada O conserva 2 pares no enlazantes. Comprobación: C: 4 pares compartidos = 8 ✔. Cada O: 2 pares compartidos + 2 no enlazantes = 8 ✔. Total: 4 pares enlazantes + 4 no enlazantes = 8 pares = 16 electrones ✔.

Para practicar más

1. Fácil
El bromo ( $\text{Br}_2$ ) es un no metal del grupo 17 que, a temperatura ambiente, es un líquido rojizo. Dibuja el diagrama de Lewis de su molécula y di qué tipo de enlace tiene.

Ver solución
Br–Br con 3 pares no enlazantes en cada Br; enlace covalente simple.
Cada Br tiene 7 electrones de valencia (grupo 17) y le falta 1. Comparten un par: $\text{Br}-\text{Br}$ , y cada Br conserva 3 pares no enlazantes (6 + 2 = 8 ✔). Total: 14 electrones. Es un enlace covalente simple, igual que en el $\text{Cl}_2$ (mismo grupo).
2. Fácil
El sulfuro de hidrógeno ( $\text{H}_2\text{S}$ ) es el gas que huele a huevos podridos. El azufre está en el mismo grupo que el oxígeno. a) ¿Cuántos enlaces formará el azufre? b) Dibuja el diagrama de Lewis del $\text{H}_2\text{S}$ . c) ¿A qué otra molécula conocida se parece?

Ver solución
a) 2. b) H–S–H con 2 pares no enlazantes en el S. c) Al agua.
a) El S está en el grupo 16: 6 electrones de valencia; le faltan 2 → 2 enlaces. b) $\text{H}-\text{S}-\text{H}$ , con 2 pares no enlazantes en el S. Comprobación: S: 4 + 4 = 8 ✔; cada H: 2 ✔; total $6 + 2 = 8$ electrones ✔. c) Tiene la misma forma de dibujarse que el agua, $\text{H}-\text{O}-\text{H}$ , porque O y S están en el mismo grupo.
3. Media
Completa la tabla indicando, para cada molécula, cuántos pares compartidos hay entre los dos átomos indicados y si el enlace es simple, doble o triple:

Molécula Átomos Pares compartidos Tipo de enlace

$\text{HCl}$ H y Cl

$\text{O}_2$ O y O

$\text{N}_2$ N y N

$\text{CO}_2$ C y cada O
Ver solución
HCl: 1, simple. O₂: 2, doble. N₂: 3, triple. CO₂: 2 con cada O, doble.
Se mira cuántos electrones le faltan a cada átomo:
- $\text{HCl}$ : al H le falta 1 y al Cl, 1 → 1 par, simple.
- $\text{O}_2$ : a cada O le faltan 2 → 2 pares, doble.
- $\text{N}_2$ : a cada N le faltan 3 → 3 pares, triple.
- $\text{CO}_2$ : al C le faltan 4 y a cada O, 2 → 2 pares con cada O, dos enlaces dobles.
4. Media
Un compañero ha dibujado el agua así: $\text{H}=\text{O}=\text{H}$ , sin pares no enlazantes. a) ¿Cuántos electrones tendría cada hidrógeno en ese dibujo? ¿Es posible? b) ¿Cuántos electrones hay en total en su dibujo y cuántos debería haber? c) Corrige el dibujo.

Ver solución
a) 4; no es posible, el H solo puede tener 2. b) Hay 8 en enlaces, que coinciden con el total, pero mal repartidos: el H no admite enlaces dobles. c) H–O–H con 2 pares no enlazantes en el O.
a) Con un enlace doble, cada H compartiría 2 pares = 4 electrones. Imposible: el hidrógeno solo puede tener 2 (como el helio) y siempre forma un único enlace. b) Su dibujo tiene 4 pares en enlaces = 8 electrones, y el total de valencia es $6 + 1 + 1 = 8$ : el número total cuadra, pero el reparto es incorrecto. Por eso no basta con contar el total: hay que comprobar también cada átomo. c) Correcto: $\text{H}-\text{O}-\text{H}$ , con 2 pares no enlazantes en el oxígeno (O: 8 ✔; cada H: 2 ✔).
5. Difícil
El tetracloruro de carbono ( $\text{CCl}_4$ ) es un líquido que se usaba antiguamente en los extintores. a) Calcula el número total de electrones de valencia. b) Dibuja su diagrama de Lewis (el carbono va en el centro). c) ¿Cuántos pares no enlazantes hay en total en la molécula?

Ver solución
a) 32. b) C en el centro con 4 enlaces simples C–Cl; cada Cl con 3 pares no enlazantes. c) 12.
a) C: 4; Cl: 7 cada uno. Total: $4 + 4 \cdot 7 = 32$ electrones (16 pares). b) Al C le faltan 4 y a cada Cl, 1: el C forma 4 enlaces simples $\text{C}-\text{Cl}$ ; cada Cl conserva 3 pares no enlazantes. Comprobación: C: 8 ✔; cada Cl: 2 + 6 = 8 ✔. c) $4 \cdot 3 =$ 12 pares no enlazantes. Recuento total: 4 pares enlazantes + 12 no enlazantes = 16 pares = 32 electrones ✔.

Molécula	Átomos	Pares compartidos	Tipo de enlace
$\text{HCl}$	H y Cl
$\text{O}_2$	O y O
$\text{N}_2$	N y N
$\text{CO}_2$	C y cada O