¿Pueden dos o más átomos combinarse para formar una molécula?

Answer 1

Gracias por el A2A, haré todo lo posible para dar una imagen clara de cómo funciona esto y explicarlo tan bien como mi inglés me lo permite.

Para que dos átomos se unan entre sí, necesitan ser “compatibles”. Nota: yo usé comillas, la compatibilidad real es otra cosa.

Como usted sabe, los átomos están rodeados de electrones, estos electrones se mueven en torno a las llamadas “capas de electrones” que tienen diferentes distancias desde el núcleo del átomo. Cada capa puede contener una cantidad máxima de electrones, los electrones externos en esas capas se llaman electrones de valencia, ya que determinan si los átomos pueden unirse entre sí o no.

Una forma fácil de averiguar cuántos electrones tiene un átomo es buscando su número atómico, el hidrógeno tiene 1 es el número 1, el helio tiene 2 electrones y es el número 2, etc.

Para explicar cómo funciona esto, usaré uno de los líquidos más comunes en el planeta, H2O (agua)

El hidrógeno, por ejemplo, tiene un solo electrón en total, por lo que sus electrones de valencia también son 1.

El oxígeno tiene 8 electrones en 2 capas diferentes, la primera capa se llena con 2 electrones, lo que significa que está llena y la capa secundaria contiene 6 electrones de los 8 que puede tener.

Por naturaleza, el oxígeno se presenta principalmente como O2, lo que significa que es corto en 1 electrón, pero los átomos de oxígeno juntos pueden compartir sus electrones para mantenerse estables entre sí.
Para hacer agua necesitamos 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno.
El cálculo se vería así 4 H + 1 O2 -> 2 H2O

Esto sucede porque un solo átomo de oxígeno delimitado con 2 átomos de hidrógeno es más estable que los 2 átomos de oxígeno que comparten sus electrones, por lo que los dos átomos de oxígeno toman sus propios electrones y los comparten con los átomos de hidrógeno.

Esto daría como resultado que 2 átomos de hidrógeno compartan su único electrón con un átomo de oxígeno, de modo que ambas capas estén completamente llenas, mientras tanto, el átomo de oxígeno hace lo mismo con los átomos de hidrógeno, lo que significa que en teoría sus capas también están llenas.

Este estado se denomina “configuración de gas noble”, lo que significa que se llenan todos los depósitos, como los gases nobles, helio, neón, argón, criptón, xenón y radón. Las moléculas / átomos en este estado son muy estables y apenas reaccionan con gases nobles.
De hecho, si desea comprobar fácilmente cómo reaccionarían las cosas, solo verifique la tabla periódica, los elementos completamente a la derecha (sin incluir los gases nobles) como el cloruro son (1) cortos de electrones para llenar sus capas, mientras que los elementos como Natrium tiene (1) demasiados electrones, juntos pueden llenar esa diferencia y ambos alcanzan dicha configuración, lo que da a los electrones de Na10 como Neon y Cloruro los 18 electrones como lo hace el argón.
Esto hace que ambos elementos sean muy estables cuando están unidos entre sí.
Entonces, la mejor manera de verificar si los elementos (no metálicos) pueden unirse entre sí es ver si sus electrones coinciden.

Algo como el azufre (16 electrones) y el boro (5 electrones) como usted se nombró como ejemplo no funcionará, porque como se dijo antes, no pueden alcanzar una configuración de gas noble entre sí, ya que para el azufre la forma más fácil es para absorber 2 electrones en donde el boro puede dar 3 donaciones en lugar de dos, haciendo que quede un electrón sobrante, que no funcionará muy bien.

Ahora todo esto se puede hacer más complicado al agregar iones a la ecuación, pero no hagamos eso, requeriría aún más texto / espacio para explicarlo correctamente.

Answer 2

Hay dos preguntas para responder aquí:

1. ¿Puede un átomo unirse con cualquier otro átomo?
2. ¿Por qué importa la orientación?

En principio, cualquier átomo puede formar un enlace con cualquier otro, pero la mayoría de las combinaciones serán increíblemente inestables. En general, una reacción química solo ocurre cuando hay un “beneficio” energético de ella. Un enlace CH en realidad liberará un poco de energía cuando se forme. (Esta es la razón por la cual las bacterias anaeróbicas liberan el CH4, ya que pueden ganar energía hidrogenando el carbono). Pero otros enlaces, como intentar unir Sodio a Argón, en realidad costarían energía para formarse, y los átomos se disociarían rápidamente. Si dos átomos podrían ganar energía separándose uno del otro, hay muy poco que pueda detenerlos.

Sin embargo, la mayoría de los “bonos poco comunes” se encuentran en una especie de terreno intermedio donde la energía de enlace es negativa (libera energía, por lo tanto, es favorable), pero no es mucho. Muchos enlaces débiles se romperán simplemente por acción térmica. El aumento de la temperatura es una excelente manera de romper los enlaces en general (piense en calentar la madera hasta que solo queden los enlaces CC fuertes del carbón), y algunos enlaces son tan débiles que incluso la temperatura ambiente es suficiente para romperlos.

Otros bonos pueden ser un poco más duraderos, pero se romperán si surge alguna competencia. Estos son los productos químicos “altamente reactivos” que estallan en llamas al entrar en contacto con el aire o si los miras de forma divertida. El hidruro de sodio es un químico perfectamente fino y estable hasta que aparece algo de oxígeno. Ahora tienes hidróxido de sodio y mucha energía liberada.

Lo que hay que tener en cuenta es que, aunque muchos enlaces pueden existir (y existen) en principio, el mundo es un lugar muy duro e implacable y los enlaces débiles simplemente no duran. Son reemplazados rápidamente por enlaces más fuertes de átomos más hambrientos. La mayoría de la química tiene que ver con los productos químicos que eran “lo suficientemente fuertes para sobrevivir”, y sobreviven porque ciertas reglas y patrones de interacciones de electrones les permiten ser más estables que los pares aleatorios.

…

Pero todo esto presupone que se formó un vínculo en primer lugar. Para unirse, dos átomos tienen que chocar. Pero si el vínculo es débil, entonces el rebote de la colisión a menudo lo romperá de nuevo. Será casi imposible sintetizar tal compuesto.

Sin embargo, hay otras restricciones, que es donde la geometría y la orientación entran en juego. Para unirse, los orbitales libres no pareados tienen que estar enfrentados entre sí. Si un átomo ya es parte de una molécula, entonces está anclado geométricamente, y por lo tanto, solo el enfoque desde el ángulo adecuado realmente le dará una colisión que esté alineada con el orbital de enlace.

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He pasado por alto una serie de detalles aquí, pero las dos cosas que hay que quitar de esto son:

1. La naturaleza ya ha probado todas las combinaciones moleculares, y solo los fuertes han sobrevivido.
2. Algunas interacciones están condenadas desde el principio (ángulo incorrecto, enlace demasiado débil, reacción termodinámica hacia atrás)

Answer 3

Para que los átomos se combinen entre sí en moléculas, deben tener configuraciones de concha de valencia de electrones compatibles. ¡Considere visitar la Academia Khan (en la web o youtube) para obtener cursos básicos y explicaciones!