Longitud de enlace

¿Qué es la fórmula de la longitud de enlace?

Si has leído Fuerzas intramoleculares y energía potencial, deberías tener una comprensión básica de la longitud de enlace como la distancia entre los dos núcleos de átomos enlazados covalentemente cuando la energía potencial del enlace está al mínimo. Pero repasemos brevemente algunos principios básicos que hay que tener en cuenta sobre la longitud de enlace antes de entrar en detalles.

• La longitud de enlace suele medirse en una unidad llamada picómetro (pm) o Angstrom (Å).
• Los factores que afectan directamente a la longitud del enlace son el orden del enlace y el radio atómico.
• La longitud deenlace y la energía de enlace están inversamente relacionadas.

Como vimos en la metáfora de la amistad, este último punto sobre la relación inversa entre la longitud y la energía del enlace significa que, a medida que disminuye la longitud del enlace, aumenta la energía del enlace. La fórmula que demuestra esta relación se conoce como Ley de Coulomb.

La fórmula asociada a la Ley de Coulomb es:

$F=k\frac{q_1{q}_2}{r^2}$

En este caso, k es la constante de Coulomb, q se refiere a la carga electrostática de los átomos, r al radio atómico y F a la fuerza eléctrica que equivale a la energía de enlace.

La Ley de Coulomb se asocia principalmente con los enlaces iónicos y sus interacciones, pero en los enlaces covalentes existen fuerzas coulómbicas débiles entre los electrones cargados negativamente y los núcleos cargados positivamente de los átomos enlazantes. Aunque es útil estar familiarizado con la ley de Coulomb, ya que demuestra matemáticamente la relación inversa entre la longitud y la fuerza del enlace, utilizarás otros medios para determinar la longitud de enlace de los enlaces covalentes.

Es importante comprender las tendencias generales asociadas a la longitud de enlace, ya que a menudo necesitarás saber cómo ordenar la longitud de enlace de las moléculas en función del orden de enlace o del radio atómico.

Tendencias de la longitud de enlace

Vamos a ver dos tendencias diferentes relacionadas con la longitud de enlace:

1. longitud de enlace y orden de enlace

2. longitud de enlace y radio atómico

Longitud y orden de enlace

Ya deberías saber que el orden de enlace se refiere al número de pares de electrones compartidos en un enlace covalente.

Enlaces simples = 1 par compartido

Enlaces dobles = 2 pares compartidos

Enlaces triples = 3 pares compartidos

A medida que aumenta el número de electrones compartidos en los enlaces, la atracción entre los dos átomos se hace más fuerte, acortando la distancia entre ellos(longitud del enlace). Esto también aumenta la fuerza del enlace(energía de enlace) porque la atracción entre los átomos es más fuerte, lo que hace que sea más difícil separarlos.

La forma correcta de pensar en la disminución de la longitud del enlace es Enlaces simples > Enlaces dobles > Enlaces triples .

Fig.1-Enlaces simples, dobles y triples carbono-carbono

Longitud de enlace y radio atómico

También hemos mencionado la relación entre la longitud del enlace y el radio atómico .

• Los átomos más grandes tendrán una longitud de enlace mayor
• Los átomos más pequeños tendrán una longitud de enlace menor

La tendencia es útil porque podemos utilizar la tendencia periódica del radio atómico para averiguar la longitud del enlace.

• La longitud de enlace aumenta descendiendo por los grupos de la tabla periódica.
• La longitud de enlace disminuye al atravesar los periodos de la tabla periódica.

Utilizar esta tendencia nos permite comparar correctamente las longitudes de enlace de moléculas que tienen el mismo orden de enlace y sólo difieren en un átomo, ¡como CO, CN y CF!

Gráfico de longitud de enlace

Veamos un diagrama de longitud de enlace para ver las tendencias del orden de enlace, la longitud de enlace y la energía de enlace.

Podemos ver que nuestras tendencias se mantienen comparando $\mathrm{C}-\mathrm{C},\mathrm{C}=\mathrm{C},\mathrm{C}\equiv \mathrm{C}$.

A medida que aumenta el orden de enlace, la longitud del enlace disminuye mientras quela energía del enlace aumenta.

Longitud del enlace con hidrógeno

Acerquémonos a los enlaces con hidrógeno para ver el efecto que tiene el radio atómico sobre la longitud y la fuerza del enlace.

Fig.3-Longitud del enlace aumentando en un grupo

Esta imagen nos ayuda a visualizar qué ocurre con la longitud del enlace a medida que descendemos en un grupo de la tabla periódica y por qué. Todos estos enlaces son sencillos, por lo que el orden de enlace es el mismo. Esto significa que la diferencia está en el radio atómico.

A medida que aumenta el radio atómico, los electrones de valencia están más alejados del núcleo, lo que crea una mayor longitud de enlace y una menor fuerza de enlace.