Teoría del enlace de valencia

Se han propuesto numerosos enfoques para explicar la naturaleza de los enlaces en los compuestos de coordinación. La teoría del enlace de valencia es una de ellas. La teoría del enlace de valencia se desarrolló para explicar el enlace químico utilizando el método de la mecánica cuántica. Esta teoría se ocupa principalmente de la formación de enlaces individuales a partir de los orbitales atómicos de los átomos que intervienen en la formación de una molécula.

Los electrones en una molécula, según la teoría del enlace de valencia, ocupan orbitales atómicos en lugar de orbitales moleculares. En la formación de enlaces, los orbitales atómicos se superponen, y cuanto mayor es la superposición, más fuerte es el enlace.

El enlace metálico es principalmente de naturaleza covalente, y la estructura metálica implica la resonancia de enlaces de pares de electrones entre cada átomo y sus vecinos.

Hibridación

En el año 1931, el científico Linus Pauling propuso el innovador concepto de hibridación. Llamó al proceso hibridación y lo caracterizó como el cambio de energía de los orbitales de átomos particulares para producir nuevos orbitales de energía equivalente. Como resultado de este proceso, surgen nuevos orbitales, conocidos como orbitales híbridos. Algunos tipos de hibridación son:

1. hibridación sp: un orbital s y uno p se combinan para generar dos orbitales híbridos sp con una estructura lineal y un ángulo de enlace de 180 grados. Por ejemplo, cuando se forma BeCl ₂ , el primer átomo está en el estado excitado 2s ¹ 2p ¹ , que luego se hibrida para generar dos orbitales híbridos sp. BeCl ₂ se forma cuando estos orbitales híbridos chocan con los dos orbitales p de dos átomos de cloro.
2. Hibridación sp ² :   Un orbital s y otro p se combinan para generar tres orbitales híbridos sp ² con una forma triangular plana y un ángulo de enlace de 120 grados.
3. Hibridación sp ³ : Un orbital s y tres p se fusionan en esta hibridación para generar cuatro orbitales híbridos sp ³ con una estructura tetraédrica y un ángulo de enlace de 109 grados 28′, o 109,5 grados.

¿Cuál es la necesidad de la teoría del enlace de valencia?

La teoría de Lewis explicaba la estructura de las moléculas. Sin embargo, no explicaba la formación de enlaces químicos. La teoría VSEPR, por otro lado, explicaba la forma de moléculas simples. Sin embargo, tuvo una aplicación muy limitada. Tampoco pudo explicar las propiedades geométricas de las moléculas complejas. Como resultado, los científicos se vieron obligados a desarrollar la teoría de los enlaces de valencia para abordar y superar estas limitaciones.

Teoría del enlace de valencia

El enfoque de Lewis para el enlace químico no logró arrojar luz sobre la formación de enlaces químicos. Además, la teoría de repulsión del par de electrones de la capa de valencia (o teoría VSEPR) tenía solo unas pocas aplicaciones (y también falló en la predicción de la geometría correspondiente a moléculas complejas). La teoría del enlace de valencia fue propuesta por los físicos alemanes Walter Heinrich Heitler y Fritz Wolfgang London para abordar estos problemas. La ecuación de onda de Schrödinger también se usó para explicar cómo se formó un enlace covalente entre dos átomos de hidrógeno.

Esta teoría se centra en los conceptos de configuración electrónica, orbitales atómicos (y su superposición) y la hibridación de orbitales atómicos. Los enlaces químicos se forman por la superposición de orbitales atómicos, con electrones localizados en la región de enlace. La teoría del enlace de valencia también explica la estructura electrónica de las moléculas formadas por la superposición de orbitales atómicos. También enfatiza el hecho de que el núcleo de un átomo en una molécula es atraído por los electrones de los otros átomos.

Postulados de la teoría del enlace de valencia

1. Cuando dos orbitales de valencia (semillenos) de diferentes átomos se superponen, se forman enlaces covalentes. Como resultado de esta superposición, aumenta la densidad de electrones en el área entre los dos átomos de enlace, aumentando la estabilidad de la molécula resultante.
2. La capa de valencia de un átomo contiene muchos electrones desapareados, lo que le permite formar enlaces múltiples con otros átomos. De acuerdo con la teoría del enlace de valencia, los electrones apareados en la capa de valencia no participan en la formación de enlaces químicos.
3. Los enlaces químicos covalentes son direccionales y paralelos a la región correspondiente a los orbitales atómicos superpuestos.
4. Los enlaces sigma y los enlaces pi difieren en el patrón en el que se superponen los orbitales atómicos, es decir, los enlaces pi se forman por superposición lateral, mientras que los enlaces sigma se forman por superposición a lo largo del eje que contiene los núcleos de los dos átomos.

Aplicaciones de la teoría del enlace de valencia

• La condición de superposición máxima de la teoría del enlace de valencia puede explicar la formación de enlaces covalentes en varias moléculas.
• Este es uno de sus usos más importantes. La diferencia en la longitud y la fuerza de los enlaces químicos en las moléculas de H ₂ y F ₂ , por ejemplo, puede explicarse por las diferencias en sus orbitales superpuestos.
• El enlace covalente en una molécula de HF está formado por la superposición del orbital 1s del átomo de hidrógeno y el orbital 2p del átomo de flúor, como se explica en la teoría del enlace de valencia. El enlace covalente en una molécula de HF se forma a partir de la superposición del orbital 1s del átomo de hidrógeno y un orbital 2p perteneciente al átomo de flúor, lo que se explica por la teoría del enlace de valencia.

Limitaciones de la teoría del enlace de valencia

• No tener en cuenta la tetravalencia del carbono.
• No se proporciona información sobre las energías de los electrones.
• La teoría asume que los electrones se concentran en lugares específicos.
• No proporciona una interpretación cuantitativa de las estabilidades termodinámicas o cinéticas de los compuestos de coordinación.
• No hay diferenciación entre ligandos débiles y fuertes.
• No hay explicación para el color de los compuestos de coordinación.

Enfoques modernos

La teoría moderna del enlace de valencia ahora complementa la teoría de los orbitales moleculares, que rechaza la idea del enlace de valencia de que los pares de electrones están localizados entre dos átomos específicos en una molécula y, en cambio, cree que están distribuidos en conjuntos de orbitales moleculares que pueden abarcar toda la molécula. La teoría de los orbitales moleculares predice claramente las propiedades magnéticas y de ionización, mientras que la teoría del enlace de valencia produce resultados similares pero más complicados. 

La aromaticidad, por otro lado, se considera como la deslocalización de los electrones π en la teoría de orbitales moleculares. Debido a la falta de ortogonalidad entre los orbitales de enlace de valencia y entre las estructuras de enlace de valencia, los tratamientos de enlace de valencia se limitan a moléculas relativamente pequeñas, mientras que los orbitales moleculares son ortogonales. La teoría del enlace de valencia, por otro lado, proporciona una imagen mucho más precisa de la reorganización de la carga electrónica que ocurre cuando los enlaces se rompen y se forman durante el curso de una reacción química.

Aplicaciones

La condición de superposición máxima, que conduce a la formación de los enlaces más fuertes posibles, es un aspecto importante de la teoría del enlace de valencia. Esta teoría se utiliza para explicar la formación de enlaces covalentes en muchas moléculas. En el caso de la molécula F ₂ , por ejemplo, el enlace FF está formado por la superposición de los orbitales p _z de los dos átomos de F, cada uno de los cuales contiene un electrón desapareado. Debido a que la naturaleza de los orbitales superpuestos difiere entre las moléculas H ₂ y F ₂ , la fuerza del enlace y la longitud del enlace difieren. El enlace covalente en una molécula de HF está formado por la superposición del orbital 1s de H y el orbital 2p _zorbital de F, los cuales contienen un electrón desapareado. El intercambio mutuo de electrones entre H y F da como resultado la formación de un enlace covalente en HF.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Qué es la teoría del enlace de valencia?

Responder:

Es una teoría que explica el enlace químico. Según VBT, la superposición de orbitales atómicos parcialmente llenos da como resultado la formación de un enlace químico entre dos átomos. Los electrones no apareados se comparten, lo que da como resultado la formación de un orbital híbrido.

Pregunta 2: ¿Cuáles son los méritos de la teoría del enlace de valencia?

Responder:

La condición de superposición máxima descrita por el VBT se puede utilizar para explicar cómo se forman los enlaces covalentes en muchas moléculas. La teoría también puede arrojar luz sobre la naturaleza iónica de los enlaces químicos.

Pregunta 3: ¿Cómo se forman los enlaces sigma y pi?

Responder:

Los enlaces sigma se forman cuando los orbitales atómicos involucrados en el enlace se superponen cabeza a cabeza. Los enlaces Pi, por otro lado, implican que los orbitales atómicos se superponen en paralelo.

Pregunta 4: Según la superposición de orbitales, ¿cuántos tipos de enlaces covalentes se forman y cuáles son?

Responder:

Se forman dos tipos de enlaces covalentes como resultado de la superposición de orbitales. Estos se conocen como enlaces sigma y pi.

1. La superposición de extremo a extremo de los orbitales atómicos a lo largo del eje internuclear, conocida como superposición frontal o axial, forma enlaces sigma. La superposición final se clasifica en tres tipos: superposición ss, superposición sp y superposición pp.
2. Cuando los orbitales atómicos se superponen de tal manera que sus ejes permanecen paralelos entre sí y perpendiculares al eje internuclear, se forma un enlace pi.

Pregunta 5: ¿Qué es el concepto de superposición orbital?

Responder:

Este concepto establece que un enlace covalente formado entre átomos da como resultado la superposición de orbitales pertenecientes a átomos con espines opuestos de electrones. El tipo de superposición entre los orbitales atómicos determina la estabilidad del orbital molecular.