martes, 17 de mayo de 2016

2 HISTORIA DEL ENLACE QUÍMICO


2.1 Los griegos


Las primeras especulaciones sobre el enlace químico se asocian a la hipótesis de la existencia del átomo, y como no, a sus proponentes originales: Leucipo, Demócrito y Lucrecio.

2.1.1 Demócrito

Demócrito.

Demócrito y Leucipo argumentaban que  los átomos de las sustancias sólidas se encontraban enganchados, lo cual les permitía moverse juntos creando la ilusión de un objeto único. Una característica de dicho enganche es que debería mantener las distancias relativas de cada átomo constante de forma que la estructura enganchada mantuviera su forma al entrar en contacto con otros átomos (Bantz, 1980).
Leucipo.

2.1.2 Lucrecio


Lucrecio extendió los razonamientos de Demócrito hacia el estado líquido, asumiendo que los átomos poseían una especie de superficie, de esta forma los líquidos deberían estar compuestos por átomos lisos que jamás se enganchan entre sí, mientras que los átomos de los sólidos tenían estructuras de superficie que les permitía acoplar de forma específica (Dunitz & Gavezzotti, 2009; Mackay, 2002).
Lucrecio.

Este razonamiento permitirá explicar cómo líquidos con alta cohesión como el aceite existían, asumiendo que esos átomos eran una especie de intermedio, siendo lisos pero con algunos enganches que hacían que el líquido tuviera una cohesión más alta que otros como el agua o el alcohol (Dunitz & Gavezzotti, 2009; Mackay, 2002).

Sin embargo debido a la autoridad de Aristóteles, la teoría atómica sería suprimida durante unos cuantos siglos, y en consecuencia también las especulaciones sobre en enlace químico (Dunitz & Gavezzotti, 2009; Mackay, 2002).

2.2 El siglo XVIII


Aunque estamos acostumbrados a pensar que Dalton fue quien revivió la teoría atómica, ya en el siglo XVIII tenemos unas especulaciones bastante serias de la existencia del átomo y del enlace entre átomos de la mano de filósofos naturales tan influyentes como Isaac Newton (Pyle, 1995), aunque otros autores también razonaron al respecto como: William Cullen, Roger Boscovich, Torbern Bergman, William Higgins o Robert Boyle (Lindsay, 2009).
Robert Boyle.

Esta versión del átomo extraía directamente de las ideas de Lucrecio y Democrito imaginaba a los átomos con diferentes formas en sus superficies, lo cual les permitiría engancharse entre sí. El problema radicaba en que las sustancias se unen entre sí de formas complejas, tanto así que aun las actuales teorías del átomo tienen problemas para predecir todos los enlaces posibles.

La importancia o problema que trajo esto fue que los alquimistas o filósofos naturales que intentaron sistematizar las combinaciones de sustancias por medio de una teoría de superficies de átomos fracasaron de forma estrepitosa (Kuhn, 1945).

2.3 El siglo XIX


En 1819 gracias al invento de la pila voltaica Berzelius desarrolló una teoría del enlace que se basaba en ideas del electromagnetismo, en otras palabras de la atracción electrostática de dos polos opuestos. Para la mitad del siglo XIX una serie de científicos encabezados por Edward Frankland, pero dentro de los cuales también se puede destacar a Kekulé, Couper, Butlerov y Kolvbe desarrollaron en conjunto el gran concepto de Valencia, aunque en aquel entonces se lo conocía por el más descriptivo término “Poder de Combinación” (Larder, 1971).

En lo personal preferiría que se hubiera mantenido el término “poder de combinación” en lugar de valencia ya que te indica de forma más intuitiva para que sirve esa propiedad periódica. El poder de combinación implicaría la cantidad de sustancia que podía combinarse con otras cantidades estandarizadas que denominamos moles. En un lenguaje más atomista la valencia indica la capacidad de combinación de un átomo con otros átomos.

2.4 Siglo XX pre cuantico


Uno de los conceptos más alabados en la química del enlace es la regla del octeto, conocida originalmente como la ley de Abegg (Jensen, 1984). La ley de Abegg fue propuesta en 1904 por el químico alemán Richard Abegg, la cual establecía que la diferencia máxima positiva o negativa de valencia de un elemento es frecuentemente de ocho. En palabras más modernas se interpreta en el sentido de que los elementos ganan o pierden electrones de forma tal que su última capa de electrones (s, p) completa ocho electrones, de forma tal que se asemejan a su gas noble más cercano.
Richard Abegg

En 1916 el químico Gilbert N. Lewis desarrolló el concepto de par de electrones enlazantes, en la cual un átomo puede compartir electrones con otro átomo para poder cumplir la regla del octeto. Un átomo puede compartir con otro átomo hasta seis electrones formando enlaces simples, dobles o triples. En otras palabras Lewis expandió la idea de los octetos (Jensen, 1984).
Gilbert N. Lewis

Las representaciones originales no son para nada parecidas a las que empleamos en la actualidad, ya que originalmente Lewis trabajó con átomos en forma de cubo en su capa externa, los electrones se encontraban fijos en las aristas del cubo, lugar donde “se enganchaban” los átomos para formar moléculas compuestas por varios cubos (Kohler, 1971; Niaz, 2001).
Walter Kossel

En 1916 Walter Kossel publicó una teoría semejante a la de Lewis, solo que en su modelo los electrones no se compartían formando puentes de unión, sino que eran transferidos completamente, de forma tal que la unión se generaba por la atracción electrostática de un átomo que se tornaba negativo con otro que se tornaba positivo (Christe, 2013; Soukup, 2005).

De esta forma obtenemos los conceptos básicos que enseñamos en el tema del enlace químico, los enlaces covalente “Lewis” y iónico “Kossel” ambos organizados de forma tal que respectan la ley de Abegg “octeto”.

2.5 La teoría cuántica


La versión del enlace químico que enseñamos es una extraña mezcla entre los conceptos pre-cuánticos y los conceptos cuánticos, esto se debe probablemente a que el enlace químico a la vista del modelo cuántico es un poco más difícil de interpretar, después de todo hay más matemáticas y de las complejas (Bakowies & Thiel, 1996; Cremer & Kraka, 1984).

En cualquier caso, para 1927 el físico danés Oyvind Burrau describió por primera vez el enlace covalente perfecto de la molécula de hidrógeno gaseoso. Este trabajo demostró que una aproximación desde la teoría mecánico-cuántica del átomo era posible con resultados cuantitativamente precisos, aunque el problema seguía siendo el poder describir moléculas con más de un electrón (Rhodes & Macrae, 2015).
Fritz London
Debido a la complejidad matemática del asunto se emplearon aproximaciones menos rigurosas en el mismo año por parte de Walter Weitler y Fritz London. El método de Heitler-London conformaría la base de una de las visiones predominantes del enlace químico moderno, es decir la Teoría del Enlace de Valencia (Hund, 1977). 

En 1929 se propuso las aproximaciones linear de la combinación de orbitales atómicas y moleculares por parte de Sir John Lennard-Jones, la cual será conocida en la actualidad simplemente como la teoría del orbital molecular. En la actualidad se emplean las dos teorías del enlace lo cual demuestra que debe existir alguna otra explicación más general, pero que no ha sido formulada aun (Lennard-Jones, 1949).
John Lennard-Jones

Este breve resumen de la historia del enlace químico nos permite hacer una serie de afirmaciones. Los modelos del enlace químico son todos imperfectos, y cualquiera que enseñemos tendrá una serie de problemas, moléculas no explicadas y errores garrafales si se toman los ejemplos donde no aplican. 

El punto importante es dar una visión del enlace químico que nos permita entender el modo en que se combinan los átomos, en otras palabras poder describir el poder de combinación de los átomos y que propiedades poseen en términos cualitativos, sin tener que meternos demasiado en la mecánica cuántica. En otras palabras hay que tratar de generar un modelo funcional.

No hay comentarios:

Publicar un comentario