Energia y longitud de enlace

Cada molécula estable tiene una estructura geométrica definida, que puede describirse por las posiciones relativas de sus átomos, es decir, por las longitudes de enlace (expresadas de núcleo a núcleo) y los ángulos formados.

Las longitudes de enlace pueden determinarse por difracción con rayos X o difracción de electrones y por otras técnicas, como la espectroscopia infrarroja, RMN, microondas o ultravioleta. Mediante estas técnicas se ha demostrado que todos los enlaces tienen longitudes comprendidas entre 0,5 • 10 ^-10 m y 3 • 10^-10 m, siendo los valores más frecuentes los situados alrededor de 10^-10 m (1 Á).

El hecho de que las longitudes de enlace tengan valores distintos de cero demuestra que, cuando se enlazan dos átomos o sus iones, no se llega a la superposición de los mismos, sino que sólo se aproximan hasta una cierta separación entre sus núcleos. De esto se deduce que no sólo existen fuerzas de atracción, sino que también existen fuerzas de repulsión que quedan mutuamente compensadas para la longitud estable del enlace.

Es importante señalar que el enlace químico no es rígido, sino que está dotado de flexibilidad. Un enlace se puede alargar desde la distancia de equilibrio aportando energía para vencer las fuerzas de atracción, y se puede comprimir más allá de la distancia de equilibrio aportando también energía para vencer las fuerzas de repulsión.

Una molécula puede entrar en vibración o incrementar su energía de vibración por absorción de energía. Si una molécula absorbe energía, el enlace químico puede romperse y la molécula puede escindirse en sus átomos.

La energía necesaria para conseguirlo se denomina energía de disociación y es igual, en valor absoluto, a la energía de enlace.

La extensión y rotura de enlaces puede describirse cuantitativamente mediante gráficas como la de la figura adjunta, en las que se representa la energía potencial en función de la distancia interatómica.



Energía potencial en función de la distancia interatómica para la molécula de H₂. El pozo (mínimo) de potencial tiene lugar a una distancia de 0,74 • 10^-10m, que es la distancia de enlace de la molécula de H₂.

Fuerzas de atracción y respulsión en la molécula de H₂. Cuando los dos átomos de hidrógeno se aproximan hasta una distancia de equilibrio r₀ , no sólo existen las fuerzas de atracción entre cada núcleo y su electrón, sino que también existen fuerzas de atracción entre cada núcleo y el electrón del otro átomo, y fuerzas de repulsión entre los dos núcleos y entre los dos electrones.

A partir de estas curvas, la longitud de enlace, en equilibrio, puede tomarse como la distancia interatómica correspondiente a la energía mínima. En resumen: cuando dos átomos se unen para formar una molécula, ésta es más estable que los átomos aislados, es decir, su contenido energético es menor.