¿Qué hace la diferencia entre los enlaces iónicos y covalentes?

La división en realidad no es entre covalente e iónico, sino un espectro entre electrones localizados y deslocalizados. La historia de todo esto es bastante fascinante, y Phil Anderson en su libro "Más y diferente" tiene un buen capítulo sobre esto. Esencialmente, en la época en que la gente comenzó a estudiar seriamente la mecánica cuántica de las moléculas, había dos escuelas de pensamiento que dominaban.

Por un lado estaba Mott y, más popularmente, Hund y Pauli, quienes pensaban que los electrones estaban unidos principalmente a los átomos y, a través de las interacciones electromagnéticas, sus movimientos/orbitales se deformarían y se obtendrían moléculas. Esta es la versión que generalmente se enseña en las clases de química, ya que con algunas reglas generales es posible dar cuenta cualitativamente de una amplia gama de comportamientos.

Por otro lado estaba Slater con el sueño de una máquina que simplemente pudiera calcular la estructura electrónica dándole los átomos y electrones. En esta imagen, se piensa principalmente que los electrones están deslocalizados sobre todos los átomos y, a través de un procedimiento riguroso de teoría de perturbaciones, se agrega el efecto de las interacciones entre electrones y se puede lograr una precisión arbitrariamente buena.

Este último tiene el problema de que los resultados no son intuitivos --- no hay reglas generales disponibles y uno se reduce a simplemente computar. El problema con el primero es que para lograr una alta precisión, las "reglas generales" se vuelven extremadamente complejas y no son muy fáciles de usar o de calcular --- carece de la regularidad simple de la máquina de sueños de Slater. Es revelador que esencialmente esto último haya ganado, y hoy en día es rutinario calcular la estructura electrónica de moléculas bastante grandes (~1000 átomos) a través de la fuerza bruta (la técnica se conoce como teoría funcional de la densidad, y hay software comercial disponible para hazlo).

En moléculas finitas, se puede demostrar que, en principio, ambos enfoques funcionarán; técnicamente, hablamos de que existe una conexión adiabática entre los estados localizado y deslocalizado. La única diferencia práctica es lo difícil que es realizar los cálculos. Sin embargo, en moléculas infinitas (por ejemplo, cristales sólidos) esto no es cierto y puede haber una transición de fase adecuada entre los dos puntos de partida. En ese caso, el enfoque localizado corresponde a lo que se llama elegantemente en estos días "sistemas fuertemente correlacionados", como los aisladores de Mott y los materiales ordenados magnéticamente, y el enfoque deslocalizado son esencialmente metales (lenguaje técnico: se vuelve a normalizar para ser un líquido de Fermi).

Hoy en día existe el deseo (de los físicos teóricos de la materia condensada) de desarrollar nuevamente el enfoque localizado, ya que es posible encontrar algunas reglas generales útiles con respecto a los materiales magnéticos, un ejemplo destacado de los cuales son los superconductores de alta temperatura.

Buena pregunta. Los enlaces son definitivamente un espectro entre covalentes (donde los electrones se comparten aproximadamente por igual) e iónicos (donde una especie domina el control de los electrones). A veces, el término "covalente polar" aparece en algún punto intermedio. No hay una línea divisoria clara, pero en general la cantidad de interés es la polaridad de la molécula resultante. Altamente polar es característico de un enlace iónico, mientras que poca (o ninguna) polaridad es característica de enlaces covalentes.

Lo que determina la polaridad es la diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman el enlace.

Consulte esta página web para obtener mucha información útil sobre el tema: http://www.chemistry.mcmaster.ca/esam/Chapter_7/section_1.html

Tienes toda la razón, no hay línea divisoria.

Electronegatividad

Para los enlaces covalentes, tenemos algo conocido como electronegatividad .

En esta molécula de HCl (gaseoso puro), hay un enlace covalente H-Cl. Recuerda que un enlace es básicamente una nube de electrones. Ahora, el cloro tiene una alta electronegatividad (léase: afinidad por los electrones), y la forma de la nube de electrones está distorsionada hacia el cloro. Así, el HCl, un compuesto covalente (en estado gaseoso), se convierte en un compuesto parcialmente iónico. Si lo pones en agua, las fuerzas intramoleculares son lo suficientemente grandes (y$\rm Cl^-$es lo suficientemente estable) que se rompe en iones.

Entonces, los enlaces covalentes asimétricos tienen un poco de naturaleza iónica. Los electrones no están perfectamente compartidos, una de las moléculas los acapara.

Polarización

Por otro lado, para compuestos predominantemente iónicos, tenemos algo llamado polarización . En las redes cristalinas iónicas, idealmente, los iones positivos y negativos tienen bonitas nubes redondas. Pero, debido a las diferencias de tamaño/carga, estas nubes también pueden distorsionarse, lo que lleva a una pequeña superposición. Superposición = enlace covalente, por lo que ahora tenemos un carácter covalente parcial en un enlace iónico.

idea aproximada

Una forma de distinguirlos aproximadamente son los principios de Fajan (IIRC pronunciado sin la 'J')

Es posible que haya notado que la polarización y la electronegatividad son prácticamente lo mismo, solo que en extremos opuestos.

OK, ahora algunas cosas en sus ejemplos:

Agua

El agua pura no es solo $\rm H^+/OH^-$iones se trata solo de$10^{-7}$moles de cada uno por litro de agua. El resto es simple, en condiciones de servidumbre$\rm H_2O$.

Benceno

Los carbones de benceno no comparten los electrones solo con sus vecinos cercanos. Todos$\pi$se comparten electrones.

Aquí todos los electrones de los dobles enlaces (seis de ellos) se vierten en la nube de dos lóbulos que ves en el diagrama. Las nubes de electrones son objetos mecánicos cuánticos y, por lo tanto, todo lo que dicen es "hay una probabilidad xyz de encontrar un electrón aquí". Y el electrón podría ser de cualquiera de los carbonos, IIRC no hay una característica distintiva (número cuántico) que te diga de qué carbono provienen, debe haber algunos otros números cuánticos, pero no lo sé, pero lo harán. probablemente sea aleatorio y no esté relacionado con el átomo de carbono.