¿Por qué los compuestos covalentes tienen puntos de ebullición más bajos?

Publicado el 7 junio, 2025 por Rodrigo Ricardo

Ciencia

Los compuestos covalentes son sustancias químicas formadas por la unión de átomos no metálicos que comparten electrones mediante enlaces covalentes. A diferencia de los compuestos iónicos, que suelen presentar altos puntos de fusión y ebullición debido a sus fuertes interacciones electrostáticas, los compuestos covalentes tienden a tener puntos de ebullición significativamente más bajos. Este fenómeno se debe a varias razones fundamentales relacionadas con la naturaleza de sus fuerzas intermoleculares, la polaridad de las moléculas y la estructura molecular. En este artículo, analizaremos en profundidad los factores que influyen en los puntos de ebullición de los compuestos covalentes, comparándolos con otros tipos de sustancias y proporcionando ejemplos concretos para una mejor comprensión.

Uno de los aspectos clave que determinan el punto de ebullición de un compuesto es la intensidad de las fuerzas que mantienen unidas sus moléculas. En el caso de los compuestos covalentes moleculares, como el agua (H₂O) o el dióxido de carbono (CO₂), estas fuerzas suelen ser mucho más débiles que los enlaces iónicos o metálicos. Esto se debe a que las moléculas covalentes están unidas principalmente por fuerzas de Van der Waals, dipolo-dipolo o puentes de hidrógeno, dependiendo de su polaridad. Estas interacciones son más fáciles de romper con el aumento de temperatura, lo que explica por qué muchos compuestos covalentes son gases o líquidos volátiles a temperatura ambiente.

Además, la estructura molecular juega un papel crucial. Compuestos como el metano (CH₄) o el oxígeno (O₂) son apolares y solo experimentan fuerzas de dispersión de London, las más débiles de todas las interacciones intermoleculares. En contraste, sustancias iónicas como el cloruro de sodio (NaCl) requieren una gran cantidad de energía para superar los enlaces iónicos tridimensionales en su red cristalina. Esta diferencia en la naturaleza de las fuerzas de atracción explica por qué los compuestos covalentes suelen tener puntos de ebullición más bajos que los iónicos o metálicos.

Fuerzas intermoleculares en compuestos covalentes

Las fuerzas intermoleculares son las interacciones que ocurren entre moléculas y son determinantes en propiedades físicas como el punto de ebullición, la viscosidad y la solubilidad. En los compuestos covalentes, estas fuerzas son significativamente más débiles que los enlaces intramoleculares (los enlaces covalentes dentro de la misma molécula), lo que explica su menor resistencia al calor. Existen tres tipos principales de fuerzas intermoleculares en compuestos covalentes: fuerzas de dispersión de London, interacciones dipolo-dipolo y puentes de hidrógeno.

Las fuerzas de dispersión de London (también llamadas fuerzas de London) son las más débiles y están presentes en todas las moléculas, tanto polares como no polares. Estas fuerzas surgen debido a fluctuaciones temporales en la distribución electrónica, creando dipolos instantáneos que inducen dipolos en moléculas vecinas. Un ejemplo claro es el butano (C₄H₁₀), un hidrocarburo no polar cuyo punto de ebullición es bajo (-0.5 °C) debido a la debilidad de estas interacciones. En general, cuanto mayor sea la masa molecular, más fuertes serán las fuerzas de London, lo que explica por qué el octano (C₈H₁₈) tiene un punto de ebullición más alto (125 °C) que el butano.

Por otro lado, las interacciones dipolo-dipolo ocurren en moléculas polares, donde hay una distribución desigual de la carga eléctrica. Un ejemplo es el cloruro de hidrógeno (HCl), cuyas moléculas tienen un extremo positivo (H) y otro negativo (Cl), generando atracciones electrostáticas entre ellas. Sin embargo, estas fuerzas siguen siendo mucho más débiles que los enlaces iónicos. Finalmente, los puentes de hidrógeno son un tipo especial de interacción dipolo-dipolo que ocurre cuando el hidrógeno está unido a átomos muy electronegativos (como oxígeno, nitrógeno o flúor). El agua (H₂O) es el ejemplo más conocido, con un punto de ebullición anormalmente alto para su masa molecular (100 °C) debido a estos fuertes puentes. No obstante, incluso estos enlaces son más débiles que los enlaces iónicos o covalentes dentro de una molécula.

Comparación con compuestos iónicos y metálicos

Para entender por qué los compuestos covalentes tienen puntos de ebullición más bajos, es esencial compararlos con los compuestos iónicos y metálicos. Los compuestos iónicos, como el cloruro de sodio (NaCl), están formados por iones positivos y negativos organizados en una red cristalina tridimensional. Estos iones se mantienen unidos por fuertes fuerzas electrostáticas conocidas como enlaces iónicos, que requieren una gran cantidad de energía para romperse. Por ello, el NaCl tiene un punto de fusión de 801 °C y un punto de ebullición de 1413 °C, valores muy superiores a los de la mayoría de los compuestos covalentes.

De manera similar, los compuestos metálicos, como el hierro (Fe) o el cobre (Cu), presentan un “mar de electrones” deslocalizados que generan fuertes enlaces metálicos. Estos enlaces son responsables de sus altos puntos de fusión y ebullición. Por ejemplo, el hierro funde a 1538 °C y hierve a 2862 °C. En contraste, un compuesto covalente como el dióxido de carbono (CO₂) sublima a -78.5 °C, evidenciando la gran diferencia en la energía requerida para separar sus moléculas.

Polaridad y su efecto en el punto de ebullición

La polaridad de una molécula covalente es un factor determinante en su punto de ebullición. Las moléculas polares, como el agua (H₂O) o el amoníaco (NH₃), tienen una distribución desigual de carga debido a diferencias en la electronegatividad de sus átomos. Esta asimetría genera un momento dipolar permanente, lo que permite interacciones más fuertes entre moléculas (dipolo-dipolo o puentes de hidrógeno). Sin embargo, incluso en estos casos, las fuerzas intermoleculares siguen siendo mucho más débiles que los enlaces iónicos o metálicos.

Por ejemplo, el etanol (C₂H₅OH) es una molécula polar que forma puentes de hidrógeno, lo que eleva su punto de ebullición a 78.3 °C en comparación con el dimetiléter (CH₃OCH₃), un isómero estructural con fuerzas dipolo-dipolo más débiles y un punto de ebullición de -24 °C. A pesar de que ambos compuestos tienen la misma fórmula molecular (C₂H₆O), la presencia del grupo hidroxilo (–OH) en el etanol aumenta significativamente sus interacciones intermoleculares.

En contraste, las moléculas apolares, como el metano (CH₄) o el hexano (C₆H₁₄), solo experimentan fuerzas de dispersión de London. Estas fuerzas son proporcionales al tamaño y la forma de la molécula: a mayor superficie de contacto, mayor será la fuerza de atracción. Por eso, el hexano (C₆H₁₄) tiene un punto de ebullición más alto (69 °C) que el butano (C₄H₁₀, -0.5 °C), pero ambos siguen siendo mucho más volátiles que un compuesto iónico como el fluoruro de calcio (CaF₂), que hierve a 2533 °C.

Ejemplos comunes de compuestos covalentes volátiles

Muchos compuestos covalentes son gases o líquidos a temperatura ambiente debido a sus bajos puntos de ebullición. Algunos ejemplos notables incluyen:

Oxígeno (O₂) y Nitrógeno (N₂) – Estos gases diatómicos son apolares y solo presentan fuerzas de dispersión de London. El oxígeno hierve a -183 °C y el nitrógeno a -196 °C, lo que explica por qué permanecen en estado gaseoso en condiciones ambientales.
Dióxido de carbono (CO₂) – Aunque es una molécula polar lineal, su simetría la hace apolar en conjunto. Sublima a -78.5 °C sin pasar por fase líquida a presión atmosférica estándar.
Metano (CH₄) – Como hidrocarburo simple, sus fuerzas intermoleculares son muy débiles, con un punto de ebullición de -161.5 °C.
Cloro (Cl₂) – A pesar de ser una molécula diatómica polar, su punto de ebullición es relativamente bajo (-34 °C) debido a la debilidad de las interacciones dipolo-dipolo en comparación con los enlaces iónicos.

Estos ejemplos ilustran cómo la naturaleza covalente y las débiles fuerzas intermoleculares contribuyen a la volatilidad de estas sustancias.

Aplicaciones prácticas de compuestos covalentes de bajo punto de ebullición

La baja temperatura de ebullición de muchos compuestos covalentes tiene aplicaciones importantes en la industria y la vida cotidiana:

Refrigerantes – Compuestos como el amoníaco (NH₃) y los clorofluorocarbonos (CFCs, ahora en desuso) se utilizan en sistemas de refrigeración debido a su capacidad de evaporarse y condensarse a bajas temperaturas.
Combustibles – Hidrocarburos como el propano (C₃H₈) y el butano (C₄H₁₀) se almacenan como líquidos bajo presión pero se vaporizan fácilmente para su combustión.
Anestésicos – El óxido nitroso (N₂O) y el éter dietílico (C₄H₁₀O) son ejemplos de compuestos covalentes volátiles usados en medicina.
Aerosoles y propelentes – El dióxido de carbono y otros gases licuados se emplean en latas de aerosol debido a su rápida evaporación.

Conclusión

Los compuestos covalentes tienen puntos de ebullición más bajos que los iónicos o metálicos debido a la naturaleza débil de sus fuerzas intermoleculares. Mientras que los compuestos iónicos requieren romper enlaces electrostáticos fuertes en una red cristalina, las moléculas covalentes solo necesitan superar interacciones como las fuerzas de London, dipolo-dipolo o puentes de hidrógeno. Factores como la polaridad, la masa molecular y la estructura determinan la intensidad de estas fuerzas, lo que explica la amplia variabilidad en los puntos de ebullición de los compuestos orgánicos e inorgánicos covalentes.

Este principio es fundamental en química y tiene aplicaciones prácticas en industrias como la farmacéutica, la refrigeración y la energía. Comprender estas diferencias permite diseñar mejores materiales y optimizar procesos químicos en la vida cotidiana.