Teoría del enlace de valencia

La teoría del enlace de valencia explica un enlace covalente como la superposición entre orbitales atómicos de átomos vecinos. En la imagen introductoria habitual, los electrones de enlace están localizados principalmente entre los dos núcleos, por eso el modelo ayuda a explicar la dirección del enlace, los enlaces $\sigma$, los enlaces $\pi$ y la hibridación.

Si solo recuerdas una pregunta, recuerda esta: ¿qué orbitales se están superponiendo para formar el enlace? Esa pregunta suele acercarte mucho más a la química que dibujar una línea entre dos átomos y detenerte ahí.

Qué dice la teoría del enlace de valencia

En química introductoria, la teoría del enlace de valencia suele destacar tres ideas:

• un enlace covalente surge de la superposición de orbitales atómicos
• los electrones de enlace se tratan como localizados principalmente entre dos átomos
• el tipo de enlace y su dirección dependen de cómo se superponen los orbitales en el espacio

Por eso importa la forma de los orbitales. Una superposición frontal da un enlace $\sigma$. Una superposición lateral de orbitales $p$ paralelos no hibridados da un enlace $\pi$.

Por qué importa la superposición de orbitales

No toda superposición es igual de efectiva. Una superposición más efectiva suele significar mayor densidad electrónica entre los núcleos y, dentro de este modelo, una interacción de enlace más fuerte.

La dirección también importa. Como los orbitales apuntan en direcciones específicas, la teoría del enlace de valencia ayuda a explicar por qué muchos enlaces covalentes tienen formas predecibles en lugar de disposiciones aleatorias.

Ejemplo resuelto: eteno y por qué un doble enlace tiene dos partes

El eteno, $C_2H_4$, es un ejemplo muy útil porque muestra tanto la hibridación como la superposición de orbitales en una sola molécula.

En la teoría introductoria del enlace de valencia, cada carbono del eteno se describe normalmente como hibridado $sp^2$. Eso le da a cada carbono tres orbitales $sp^2$ en un mismo plano y un orbital $p$ no hibridado perpendicular a ese plano.

Entonces, la imagen del enlace es:

• un orbital $sp^2$ de un carbono se superpone frontalmente con un orbital $sp^2$ del otro carbono para formar el enlace $\sigma$ $C-C$
• los orbitales $sp^2$ restantes de cada carbono se superponen con orbitales $1s$ del hidrógeno para formar los cuatro enlaces $\sigma$ $C-H$
• los orbitales $p$ no hibridados de los dos carbonos se superponen lateralmente para formar un enlace $\pi$

Así que el doble enlace carbono-carbono en el eteno no son dos enlaces idénticos. Es un enlace $\sigma$ más un enlace $\pi$. Esa es una explicación directa, desde la teoría del enlace de valencia, tanto del tipo de enlace como de la geometría.

Cómo encaja la hibridación

La teoría básica del enlace de valencia puede describir superposiciones simples como $1s-1s$ o $p-p$. Para muchas moléculas, eso no basta para explicar los ángulos de enlace observados.

La hibridación amplía el modelo al permitir que los orbitales del mismo átomo se mezclen antes de enlazarse. En esa imagen, etiquetas como $sp$, $sp^2$ y $sp^3$ ayudan a explicar disposiciones de enlace lineales, trigonales planas y tetraédricas comunes.

En la mayoría de los cursos iniciales de química, la hibridación se enseña como parte del marco más amplio de la teoría del enlace de valencia. Es un modelo usado para explicar patrones de enlace, no una teoría aparte que compita con ella.

Teoría del enlace de valencia vs. teoría de orbitales moleculares

La teoría del enlace de valencia y la teoría de orbitales moleculares describen ambas el enlace covalente, pero enfatizan imágenes diferentes.

La teoría del enlace de valencia se centra en enlaces localizados entre pares específicos de átomos. La teoría de orbitales moleculares usa orbitales que pueden extenderse por toda la molécula. Para muchos problemas introductorios, la teoría del enlace de valencia da una imagen local rápida. Si los electrones están fuertemente deslocalizados, la teoría de orbitales moleculares suele describir la distribución de forma más natural.

Ningún modelo debe tratarse como el único lenguaje correcto para toda molécula. El mejor modelo depende de qué característica estás tratando de explicar.

Errores comunes

Tratar la teoría como si fuera solo una estructura de Lewis con palabras nuevas

La idea no es solo la línea de enlace. La idea es la superposición de orbitales que crea densidad electrónica de enlace entre los átomos.

Suponer que toda molécula se describe mejor con enlaces completamente localizados

La teoría del enlace de valencia funciona mejor como un modelo de enlace localizado. Si una molécula tiene una fuerte deslocalización, una imagen puramente local puede pasar por alto comportamientos importantes.

Olvidar la condición necesaria para un enlace $\pi$

Un enlace $\pi$ necesita orbitales $p$ paralelos no hibridados que puedan superponerse lateralmente. Si esa geometría no está disponible, la imagen habitual del enlace $\pi$ no se aplica.

Tratar la hibridación como una teoría separada

En la mayoría de los cursos introductorios, la hibridación es una ampliación dentro de la teoría del enlace de valencia, no una teoría completamente independiente.

Cuándo usan los químicos la teoría del enlace de valencia

La teoría del enlace de valencia es especialmente útil cuando quieres explicar:

• por qué se forma un enlace covalente entre dos átomos
• por qué un enlace es un enlace $\sigma$ o un enlace $\pi$
• por qué el enlace tiene dirección
• por qué la hibridación ayuda a explicar los ángulos de enlace en muchas moléculas comunes

Es más práctica cuando una molécula puede describirse razonablemente bien con enlaces localizados y una imagen al estilo de una estructura de Lewis. Por eso aparece tan a menudo en química orgánica introductoria y en discusiones sobre enlace químico.

Prueba un caso parecido

Prueba tu propia versión con el acetileno, $C_2H_2$. Pregunta qué orbitales se superponen para formar el enlace $C-C$, cuántos enlaces $\pi$ hay y por qué la geometría es lineal. Si quieres un tema más relacionado, estudia después la hibridación y compara $sp$, $sp^2$ y $sp^3$ como modelos de enlace.