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Compuestos moleculares

Los compuestos moleculares consisten en moléculas individuales en las que un número definido de átomos se unen formando una distribución espacial determinada. El número de átomos de una molécula puede variar entre dos (como en el hidrógeno molecular, H₂, en el que están unidos dos átomos de hidrógeno), hasta varios miles, como en las moléculas proteínicas (proteínas) que controlan los procesos biológicos, y en los polímeros naturales y sintéticos que se utilizan en los materiales estructurales. Las sustancias con moléculas compuestas por un número pequeño de átomos tienen generalmente puntos de fusión y ebullición bajos ya que las moléculas se pueden separar entre sí muy fácilmente. Las sustancias que son líquidas o gaseosas a temperatura ambiente son compuestos moleculares, como también lo son muchas de las que se funden al calentarlas. Los compuestos moleculares suelen ser blandos y muchos son tan frágiles como los compuestos iónicos porque las moléculas están unidas entre sí en una forma especial y altamente direccional (enlace de hidrógeno). Algunas moléculas se descomponen al calentarlas, y en lugar del líquido o el gas, sólo se obtienen productos de descomposición. Esto ocurre con muchas de las moléculas orgánicas de mayor tamaño.

Cada molécula individual de un compuesto consiste en un número específico de átomos distribuidos de una forma característica en el espacio, es decir, cada molécula tiene una forma y una composición atómica definida. La forma se indica normalmente proporcionando las longitudes de los enlaces entre los átomos (la distancia entre los núcleos de los átomos unidos) y los ángulos entre los enlaces del mismo átomo. Tanto las longitudes como los ángulos se determinan por espectroscopia o difracción de rayos X. Una molécula no es una entidad completamente rígida, sino que las longitudes y ángulos de los enlaces varían ligeramente conforme los átomos oscilan alrededor de sus posiciones medias; este movimiento se llama vibración molecular. Las moléculas de los gases giran también. En los líquidos, el movimiento de la molécula es semejante a un movimiento de acrobacia caótico, en lugar de la rotación libre y suave característica de los gases.

Las propiedades de las moléculas dependen de los detalles de su distribución electrónica y de su forma. Aunque un par de electrones se comparta para formar un enlace covalente, ese reparto no es exactamente igual a menos que los átomos unidos por el enlace sean idénticos. Por ejemplo, en la molécula de agua (H₂O), cada átomo de hidrógeno posee una carga parcial positiva y el átomo de oxígeno posee una carga parcial negativa que compensa a la positiva, porque un átomo de oxígeno ejerce un poder de atracción más fuerte sobre los electrones que un átomo de hidrógeno. Se dice que el oxígeno tiene una electronegatividad mayor que la del hidrógeno y, como resultado de este reparto desigual de los electrones, cada enlace OH es polar en el sentido de que tiene cargas parciales de los dos átomos. En cambio, el carbono y el hidrógeno tienen electronegatividades similares; el par electrónico que comparten está repartido casi por igual y ningún átomo tiene una carga parcial, con lo que los enlaces CH son prácticamente no polares.

La presencia de enlaces polares en una molécula tiene implicaciones importantes en las propiedades del compuesto. En particular, el agua actúa como un buen disolvente de muchos compuestos iónicos, lo que no es el caso de los hidrocarburos líquidos. La capacidad para actuar como disolvente procede de la habilidad de las cargas parciales para imitar a las cargas que rodean a un ion en un compuesto iónico: como resultado, apenas si hay diferencia de energía entre un ion de un sólido iónico y un ion rodeado por las cargas parciales de los disolventes polares. Sin embargo, un hidrocarburo (compuesto de carbono e hidrógeno, como el benceno), al ser no polar, no puede imitar a las cargas iónicas, y por tanto se necesita tanta energía para romper el sólido iónico que el hidrocarburo no actúa como disolvente de los compuestos iónicos.