¿Qué son las Moléculas Simples? Definición, ejemplos y tipos

¿Qué es una molécula simple?

Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que participa en una reacción de combinación química. Los átomos se pueden combinar en proporciones de números enteros simples, manteniéndose unidos mediante enlaces químicos. Cuando esto sucede, se forman moléculas. Cuando unos pocos átomos se combinan y se mantienen unidos mediante un enlace covalente, se forman moléculas simples. Por tanto, las moléculas simples son un grupo de átomos unidos por enlaces covalentes.

Una estructura básica de un átomo es que tiene un núcleo y niveles de energía formados por electrones en órbita. El núcleo es bastante denso y está compuesto por neutrones y protones, y todos juntos se denominan nucleones. Los protones están cargados positivamente, mientras que los neutrones son neutros. Los electrones están cargados negativamente y normalmente orbitan alrededor del núcleo en capas. El tamaño del átomo es bastante indefinido, pero se estima que mide entre 10 y 8 centímetros. Cada elemento tiene sus átomos únicos por lo que son similares en tamaño, forma y masa.

El número total de protones en el núcleo se llama número atómico (denotado como Z), mientras que el número total de protones y neutrones se conoce como número másico (denotado como A). El número atómico se escribe como un superíndice en la parte superior izquierda del símbolo químico de un átomo, mientras que el número másico se escribe como un subíndice en la parte inferior izquierda de un símbolo químico de un átomo.

Generalmente, el valor del número atómico en todos los átomos de un mismo elemento es siempre el mismo. Sin embargo, algunos átomos del mismo elemento difieren en el número de neutrones, lo que da como resultado un número másico diferente. Estos átomos se conocen como isótopos.

Al observar las moléculas, pueden ser homonucleares o heteronucleares. Las moléculas homonucleares están compuestas por un elemento químico, como oxígeno (O2) e hidrógeno (H2), mientras que las moléculas heteronucleares contienen más de un elemento químico, por ejemplo, agua (H2O). Las moléculas no están cargadas eléctricamente, lo que las diferencia de los iones que tienen carga positiva o negativa. Los iones también son estables, lo que no ocurre con las moléculas.

Las moléculas son de tamaño pequeño, pero su masa y tamaño están dictados por los átomos que las forman. Las moléculas se diferencian de los compuestos en que los compuestos están formados por diferentes elementos: por ejemplo, el dióxido de carbono se compone de dos elementos, carbono y oxígeno. Un elemento es una sustancia pura que consta de un solo tipo de átomo. Además, los compuestos son más estables que las moléculas ya que existen en forma física.

El valor del peso atómico (peso total de un átomo) de cada átomo en una molécula se puede determinar multiplicando su peso atómico por el número de átomos presentes. Cuando este peso se suma al peso de otros átomos que componen una molécula o un compuesto, se obtiene el peso molecular o masa molecular. Por tanto, el peso atómico de cada elemento siempre está incluido en la tabla periódica.

Las moléculas pueden ser polares o no polares. Las moléculas polares, también conocidas como moléculas dipolares, tienden a tener una carga negativa parcial en un extremo y una carga negativa parcial en el otro. Esto hace que ambos extremos se atraigan entre sí, pegándose así. Ejemplos de moléculas polares son el agua, el amoníaco, el oxígeno y el cloruro de hidrógeno.

Las moléculas no polares, por otro lado, carecen de los polos negativo y positivo, lo que hace que dichas moléculas tengan puntos de fusión y ebullición bajos. Un ejemplo de molécula apolar es el dióxido de carbono.

Ejemplos de moléculas simples

Ejemplos de moléculas simples incluyen:

• Oxígeno (O2): esta molécula es esencial para todos los seres vivos y, sin ella, ningún ser vivo deambularía por el mundo. El oxígeno está formado por dos átomos de oxígeno que están unidos covalentemente.
• Hidrógeno (H2): este es el primer elemento y el más simple de la tabla periódica. Sus dos átomos de hidrógeno están unidos covalentemente. Naturalmente, se presenta en tres isótopos, a saber: protio, tritio y deuterio. Por tanto, se clasifica en el grupo 1 de las tablas periódicas.

• Agua (H2O): este es uno de los elementos esenciales para sustentar la vida. Está formado por hidrógeno y oxígeno, que están unidos covalentemente. El agua se encuentra debajo de moléculas polares debido a que posee polos positivos y negativos.
• Dióxido de carbono (CO2): las plantas no pueden prescindir del dióxido de carbono porque lo necesitan durante la fotosíntesis. El dióxido de carbono está formado por carbono y oxígeno, que están unidos covalentemente. Se clasifica principalmente en moléculas no polares ya que carece de los polos negativo y positivo.
• Amoníaco (NH3): este gas suele ser incoloro y tiene un olor desagradable. Está formado por átomos de nitrógeno e hidrógeno que están unidos covalentemente. Su estructura parece una pirámide ya que tiene un solo par de electrones. El amoníaco se clasifica en moléculas polares.

Formación de moléculas simples

Al igual que trabajar en equipo, los átomos son más estables cuando se unen. Los átomos lo hacen ganando o perdiendo un electrón para tener toda una capa/nivel de energía más externo, una característica exhibida por los gases nobles. Por lo tanto, cuando los átomos se combinan para adquirir una configuración electrónica similar a la de los gases nobles, se aplica la regla del octeto. Todos los gases nobles tienen ocho electrones en su capa energética más externa, por lo que son muy estables y no reactivos.

Unión covalente

Este tipo de enlace es común en líquidos y gases, donde los átomos comparten electrones para formar enlaces covalentes. Los enlaces pueden ser enlaces covalentes simples, covalentes dobles o covalentes triples dependiendo del número de pares de electrones compartidos entre los átomos. Por ejemplo, el oxígeno tiene ocho electrones; por lo tanto, la primera capa de energía puede albergar dos electrones y la capa exterior seis. Esto significa que cada par de átomos de oxígeno necesita compartir dos electrones cada uno para tener ocho electrones en la capa más externa.

Enlace iónico

Este tipo de enlace implica ganar o perder electrones entre los átomos, dando como resultado la formación de iones, ya sean positivos o negativos. Los electrones se pierden principalmente en los metales y se ganan en los no metales. Las fuerzas electrostáticas, debidas a la presencia de iones cargados, mantienen unido el compuesto. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) está compuesto de sodio (2:8:1) y cloro (2:8:7); por lo tanto, el sodio pierde el electrón más externo para estabilizarse y el cloro gana uno donado por el sodio para ganar estabilidad.

Estructura de moléculas simples

Las moléculas simples se mantienen unidas mediante fuertes enlaces covalentes entre átomos. También poseen fuerzas de atracción intramoleculares que se rompen fácilmente durante el punto de ebullición o de fusión. El punto de ebullición y fusión de estas moléculas varía, algunas con puntos de ebullición bajos como el amoníaco (NH3) y el metano (CH4) y uno alto como el del agua (H2O).

Moléculas como el hidrógeno, el carbono, el oxígeno y el nitrógeno desempeñan un papel vital como componentes básicos de los sistemas vivos. Por ejemplo, los seres humanos necesitan energía para trabajar de manera eficiente; la energía que proviene principalmente de los alimentos que comemos comprende moléculas, por ejemplo, glucosa (C6H12O6). Además, la mayoría de los carbohidratos, proteínas, vitaminas y grasas tienen moléculas simples como componentes básicos. Por tanto, las moléculas simples tienen un papel único en el sustento de la vida.

La estructura molecular de estas moléculas se puede determinar empleando diversas técnicas, como el modelado molecular, el uso de un microscopio electrónico y espectroscopía de RMN. A continuación se muestran algunos ejemplos de estructuras moleculares simples.

Tipos de moléculas simples

La tiza comprende carbonato de calcio, que contiene iones de más de un átomo, es decir, un ión de calcio y un anión poliatómico carbonato. Estos iones se denominan iones poliatómicos. Estas moléculas están en su mayoría cargadas.

En general, las moléculas simples pueden ser moléculas monoatómicas, moléculas diatómicas, moléculas poliatómicas o macromoléculas. Las moléculas monoatómicas solo tienen un átomo, como el gas helio.

Las moléculas diatómicas comprenden dos átomos de elementos iguales o diferentes, como oxígeno gaseoso o monóxido de carbono. Las moléculas poliatómicas comprenden tres o más átomos de elementos iguales o diferentes, como el fósforo (P4). Además, las micromoléculas como los aminoácidos y el agua pueden combinarse para formar una molécula más grande llamada macromolécula. Ejemplos de macromoléculas incluyen proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos.

Resumen de la lección

A medida que avance el mundo de la ciencia, se seguirá revelando más información sobre moléculas simples. Esta lección incluyó la siguiente información:

• Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que participa en una reacción de combinación química.
• Las moléculas simples son un grupo de átomos unidos por enlaces covalentes.
• Las moléculas pueden ser homonucleares o heteronucleares.
• Las moléculas simples se mantienen unidas mediante fuertes enlaces covalentes entre átomos.
• Las moléculas simples pueden ser moléculas monoatómicas, moléculas diatómicas, moléculas poliatómicas o macromoléculas.
• La estructura molecular de las moléculas se puede determinar empleando técnicas de modelado molecular, utilizando un microscopio electrónico y espectroscopía de RMN.

En conclusión, casi todo en el mundo está formado por átomos. Algunas pueden existir como moléculas simples o macromoléculas. Todas estas moléculas, como el oxígeno, el agua y los aminoácidos, son vitales en nuestra vida diaria y apoyan la continuación de la vida.