El enlace químico es un concepto clave que ha sido interpretado mediante modelos simbóli-cos construidos a partir de principios físicos (Taber y Coll, 2002). Su relevancia en el ámbito educativo se destacó desde finales del siglo XX, cuando se lo consideró una de las grandes ideas que debía enseñarse a los estudiantes en los cursos introductorios de química (Atkins, 1999; Gillespie, 1997). Bajo una perspectiva filosófica, también ha sido descrito como una de las dos grandes ideas de la química y un tema central en este campo (Scerri, 2023). Desde entonces, se ha debatido ampliamente sobre su existencia (Ochiai, 2025; Seifert, 2023), su significado (Levy et al., 2013), su relación con la estructura química (Ochiai, 2020), y sobre los modelos propuestos para representarlo (Levy et al., 2010), aunque la ambigüedad ha sido una constante en el estudio de estas aproximaciones teóricas (Pizzochero, 2025).

Es importante señalar que los debates filosóficos en torno al enlace químico se han originado a partir de las formas en que se ha enseñado este concepto en el ámbito escolar. Desde hace más de un siglo, los enlaces iónico y covalente se han abordado por separado, aunque forman parte de un modelo continuo (Scerri, 2023). Sin embargo, las recientes discusiones superan estas diferencias e incluyen argumentos más complejos y difíciles de conciliar. Por ejemplo, Coulson (1955, p. 2084), afirmó que el enlace químico no era un objeto real, nunca se había observado y era producto de la imaginación. Pese a ello, Lewis y Pauling desarrollaron sus modelos de pares electrónicos, hibridación y resonancia con base en una concepción estruc-tural del enlace químico, que lo define como una entidad material dentro de una molécula, responsable de la relación submolecular entre centros atómicos de manera espacialmente localizada (Hendry, 2008).

No obstante, estas construcciones teóricas no han incidido significativamente en los modelos que usan los profesores de química para explicar enlace químico, ya que aún se observan referencias antropomórficas (Lee y Cheng, 2014), confusión entre fuerzas intermoleculares e intramoleculares (Levy et al., 2010), nociones macroscópicas en el nivel atómico (Taber, 2001), y la clasificación dicotómica del enlace como iónico o covalente (Levy et al, 2013). Estos errores surgen a partir de una aproximación simplista que usa representaciones concretas sin contexto en la enseñanza del enlace químico (Matus et al., 2011), así como del énfasis excesivo en la regla del octeto como principio explicativo (Levy et al, 2008; García-Franco y Garritz, 2006).

En Colombia, los cursos de química para la formación de profesores incluyen el concepto enlace químico con el fin de representar la estructura química de un material, elaborar explicaciones sobre sus propiedades y diseñar estrategias para su enseñanza y aprendizaje. Sin embargo, ¿qué tan relacionados se encuentran sus significados con la naturaleza del conocimiento químico? Pese a que hay una investigación sobre la estructura conceptual del enlace químico desde una mirada ontológica en la formación posgradual de profesores (Rubiano, 2017), este trabajo presenta algunos aportes desde una perspectiva epistemológica con base en los siguientes objetivos: 1) identificar las ideas previas sobre enlace químico en un grupo de profesores en ejercicio que cursa primer semestre del programa de Maestría en Docencia de la Química de la Universidad Pedagógica Nacional y 2) analizar la estructura conceptual de los profesores frente al enlace químico a partir de las aproximaciones teóricas que tienen en torno de la naturaleza del conocimiento químico.

En el siglo XIX, el positivismo intentó diferenciar la ciencia de la no ciencia con base en dos criterios: el empírico – experimental, donde el conocimiento era científico solo en la medida que podía medirse y observarse, y el lógico – matemático donde las teorías científicas debían ordenarse axiomáticamente y reconstruirse deductivamente; esta corriente filosófica definió que podían unificarse las ciencias y derivar los principios de una ciencia a otra, visión conocida como reduccionismo (Chamizo, 2010).

A principios del siglo XX, la química se intentó reducir a la física con el éxito de la mecánica cuántica, a tal punto que Paul Dirac diría que las leyes fundamentales de la física necesarias para la teoría matemática de una gran parte de la física y de la totalidad de la química estarían completamente conocidas a partir de la mecánica cuántica (Lombardi y Labarca, 2005).

Sin embargo, desde finales del siglo XX se ha señalado que no es posible derivar conceptos químicos a partir de explicaciones físicas (Erduran y Mugaloglu, 2014; Erduran y Scerri, 2002; Scerri y McIntyre, 1997) como lo plantea el reduccionismo epistemológico, en el cual una teoría científica puede reducirse a otra cuando puede deducirse de esta última (Lombardi y Labarca, 2005). Según esta visión, las propiedades de un sistema químico resultarían de las propiedades de sus microunidades físicas subyacentes (Labarca, 2011). No obstante, el único éxito en la derivación de resultados químicos ha dependido de asumir datos químicos previos (Vemulapalli y Byerly, 1999).

Aunque la mecánica cuántica proponga un conjunto de modelos matemáticos exitosos para el campo de la espectroscopía, no puede explicar completamente las propiedades de los átomos ni la periodicidad química; por lo tanto, los hechos empíricos pueden acomodarse en la teoría, pero no derivarse de ésta (Erduran y Scerri, 2002).

El reduccionismo epistemológico en el enlace químico se presenta cuando “desaparece” en los cálculos cuánticos de energía de enlace, puesto que sus microconstituyentes útiles en las predicciones químicas no se ajustan con precisión a la teoría cuántica (Vemulapalli y Byerly, 1999). Sin embargo, el reduccionismo ontológico ha generado mayor debate, al punto que Scerri y McIntyre (1997) afirmaron que “el concepto de enlace químico parece estar perdido en un proceso de reducción” (p. 219), dado que es posible calcular propiedades moleculares sin necesidad de definir las expresiones matemáticas asociadas con el enlace.

Desde esta perspectiva, Lombardi y Martínez (2012) han propuesto la química cuántica como el puente que relaciona la mecánica cuántica con la química estructural para evitar la reducción ontológica del enlace químico. Dentro de la química cuántica se encuentran los modelos de enlace de valencia (EV) y de orbital molecular (OM), los cuales requieren asumir supuestos procedentes de la experimentación química para explicar el enlace químico. En esta medida, no hay una teoría (mecánico–cuántica o estructural) o modelo (EV u OM) que explique completamente el enlace, ni tampoco se pueden atribuir estos últimos a simples aplicaciones de la mecánica cuántica. A pesar de que las dos teorías sean ontológicamente incompatibles entre sí, los modelos de EV y OM adoptan elementos teóricos de cada una para su construcción; de este modo, la química cuántica carece de un referente ontológico propio y se convierte en una herramienta que permite establecer relaciones teóricas entre la química estructural y la mecánica cuántica (Lombardi y Martínez, 2012, p. 666).

Hendry (2008) distingue una concepción estructural y otra energética del enlace químico, con base en las diferencias entre los modelos de EV y OM. En la concepción estructural, el enlace químico se entiende como una entidad material dentro de la molécula, responsable de la relación submolecular espacialmente localizada entre los núcleos atómicos. Esta idea se alinea con el modelo de Lewis y con algunas interpretaciones del modelo de EV desde la mecánica cuántica, donde el estado enlazado se describe como un híbrido de resonancia y se representa mediante una combinación lineal de funciones de onda formadas a partir de orbitales atómicos. Los electrones son cuánticamente indistinguibles en estas funciones y cumplen con el principio de exclusión de Pauli (Lombardi y Martínez, 2012).

Pauling (1928) profundizó en el modelo mecánico–cuántico del enlace para la molécula H₂ desde esta concepción estructural. En este sentido, propuso que el cambio de energía de los electrones derivaba de una función de perturbación f, asociada con la repulsión electrostática (Gavroglu y Simões, 2012), y de una energía de resonancia que resultaba del intercambio electrónico entre los orbitales ψ y Φ. Esta energía se relaciona con la energía del enlace químico entre electrones compartidos (p. 185), siempre que permanezcan localizados entre los núcleos para la formación de una molécula. Esta condición respalda la representación del enlace propuesta en el modelo de Lewis (Figura 1).

Figura 1 Figura 1 Representaciones sobre la concepción estructural del enlace. Modelo de Lewis (A) y VSEPR (B) para CH4. C. Modelo matemático que relaciona f con la resonancia entre los electrones Figura 1 Representaciones sobre la concepción estructural del enlace. Modelo de Lewis (A) y VSEPR (B) para CH4. C. Modelo matemático que relaciona f con la resonancia entre los electrones

Sin embargo, la concepción estructural del enlace enfrenta tres desafíos: 1) el holismo mecánico–cuántico, en el que la función de onda molecular es simétrica con respecto a la permutación de un electrón y no debe depender ni de su identidad ni de su asociación a un núcleo; 2) la deslocalización electrónica, que impide reconocer qué parte de la molécula es responsable de las características asociadas al enlace, y 3) la existencia de moléculas cuyas estructuras no pueden representarse mediante las fórmulas clásicas de valencia, como los compuestos iónicos o covalentes cuyos ángulos y longitudes de enlace requieren uniones entre varios centros atómicos (Hendry, 2008). No obstante, estos límites no anulan el poder explicativo de esta concepción estructural, como se ha argumentado para el enlace covalente (Weisberg, 2008), ya que su uso resulta esencial para comprender la síntesis, la retrosíntesis y la solución de problemas en química orgánica (Ochiai, 2025).

Por su parte, la concepción energética del enlace surge del escepticismo de Coulson frente a los compuestos donde no se cumplen las fórmulas de valencia, y plantea un único argumento para todos los casos donde hay enlace químico: los cambios de energía. Más que una teoría sobre los tipos de enlace, esta concepción se asocia con una teoría del enlazamiento químico (Hendry, 2008).

Esta perspectiva se vincula con una dimensión energética en el nivel molecular basada en la ley de Hess, la cual permite calcular tanto la fuerza y la energía promedio de enlace como las entalpías de atomización y formación de un compuesto (Figura 2) (Jensen, 1998), así como las energías reticulares en sólidos iónicos. Estos valores, medibles empíricamente, no consideran ni la direccionalidad ni la localización del enlace dentro de la molécula (Hendry, 2008).

Figura 2 Figura 2 Representaciones sobre la concepción energética del enlace. A. Energías de enlace para la formación de HBr. B. Mapas de contorno de ρ con trayectorias y puntos críticos de enlace para C2H4 C. Grafo molecular de C2H4 en su geometría de equilibrio. D. Mapas de contorno laplaciano para C2H4. Imágenes B a D tomadas Gillespie y Popelier (2001) Figura 2 Representaciones sobre la concepción energética del enlace. A. Energías de enlace para la formación de HBr. B. Mapas de contorno de ρ con trayectorias y puntos críticos de enlace para C2H4 C. Grafo molecular de C2H4 en su geometría de equilibrio. D. Mapas de contorno laplaciano para C2H4. Imágenes B a D tomadas Gillespie y Popelier (2001)

Desde la perspectiva mecánico–cuántica, la concepción energética no considera la existencia del enlace químico (Coulson, 1955) y se fundamenta en los postulados del modelo de OM, que asume la molécula como una entidad unitaria que no se compone de átomos separados. Este modelo resulta muy útil para explicar la deslocalización electrónica y las funciones de onda moleculares que pueden describirse mediante un electrón, un aspecto que no es posible representar en el modelo de EV (Lombardi y Martínez, 2012).

Bader (2009) criticó la visión estructural al afirmar que el enlace químico está limitado y dominado por el modelo de Lewis, el cual no explica la formación de cristales iónicos, el enlace metálico ni los enlaces de hidrógeno. Incluso, sostuvo que el enlace covalente no se diferencia de las interacciones de van der Waals, ya que ambos parten de un mecanismo cuántico común (Bader et al., 2006). Además, la evidencia reciente que muestra a dos átomos de carbono formando un enlace sigma (σ) mediante el compartimiento de un solo electrón (Shimajiri et al., 2024), junto con la existencia mecánico–cuántica del ion, ponen en duda si el enlace covalente responde estrictamente a la formación de un par electrónico (Scerri, 2023).

A pesar de los esfuerzos del modelo mecánico-cuántico de Heitler y London por mantener el modelo de Lewis, la especie condujo a nuevas explicaciones basadas en los cambios en la función de onda del átomo de hidrógeno, tales como el compartimiento, la contracción inducida y la polarización del orbital (Ruedenberg y Schmidt, 2007). Estos argumentos se integran con la disminución de la energía potencial que resulta del movimiento electrónico entre los núcleos y las regiones adyacentes donde no se presenta el enlace (Needham, 2014). La consideración de estas zonas adicionales es fundamental en los intentos de encontrar un elemento material que defina esta entidad (Scerri, 2023), constituyendo una crítica directa a la concepción estructural planteada.

Finalmente, las aplicaciones de la concepción energética no se limitan al modelo OM, sino que también abarcan el análisis de enlaces con un electrón (Shimajiri et al., 2024), el uso de funciones de localización electrónica (ELF), el estudio de la transferencia electrónica (Piechota y Meyer, 2019) y el enfoque de la teoría cuántica de átomos en moléculas (QTAIM). En este último, se han desarrollado conceptos como las trayectorias de enlace (Bader, 2009) y la densidad electrónica (ρ) (Figura 2) (Gillespie, 2006).

Aunque Weisberg (2008) sostuvo que el modelo OM descarta la concepción estructural en favor de la energética, esta postura ha sido fuertemente criticada (Scerri, 2023). No obstante, la concepción energética no considera el papel del enlace en las fórmulas estructurales donde la valencia es relevante, lo que le resta poder explicativo frente a la concepción clásica de la estructura molecular (Hendry, 2008).

Aunque el presente trabajo mostró las dificultades que tuvieron los profesores para vincular argumentos epistemológicos en la construcción de significados sobre enlace químico desde una perspectiva modelo – teórica, impedimentos pedagógicos y conjeturas en sus nociones y representaciones gráficas, se destaca el valioso avance que presentaron al desvincular la interpretación matemática de la diferencia de electronegatividad como recurso teórico para clasificarlo. Este punto de partida abre nuevos horizontes hacia un análisis reflexivo en torno a la enseñanza y el aprendizaje de estos conceptos en el aula.

No obstante, el uso de esta herramienta matemática no debe estigmatizarse si se enseña como una construcción heurística basada en la naturaleza relacional de los elementos químicos (Leach, 2013). De lo contrario, se estaría cayendo en la conjetura propuesta en este trabajo, que se activa cuando se asignan valores fijos de electronegatividad a los elementos, como si fuera una propiedad natural empíricamente medible.

En relación con los significados del enlace químico, los profesores pueden optar por una concepción estructural afín con el modelo de Lewis y EV, o elegir una concepción energética que se asocia con nuevas formas de enlace y que explica los fenómenos más recientes en la dimensión energética del nivel molecular en las especies químicas (Jensen, 1998). Aunque Bader (2009) haya criticado el modelo tradicional de enlace desde una perspectiva energética, no implica que haya una prevalencia teórica de esta visión sobre la concepción estructural (Scerri, 2023).

Es claro que la concepción estructural y la visión realista del enlace generan mayor confianza en los profesores por su familiaridad con los conceptos aprendidos durante su formación, así como por su éxito en el análisis retrosintético y la química orgánica (Ochiai, 2025). Sin embargo, no se debe caer en el realismo ingenuo y creer que los modelos físicos y simbólicos provistos en los libros de texto son representaciones fieles de lo que sucede a nivel molecular y energético (Matus et al, 2011).

Respecto a los significados del enlace iónico y covalente, las aplicaciones propuestas por García-Franco y Garritz (2006) se consideran vigentes y fáciles de implementar en el aula. No obstante, resulta pertinente evaluar la secuencia alternativa de enseñanza del enlace químico propuesta por Dhindsa y Treagust (2014), procurando no depender en exceso de la diferencia de electronegatividad y el solapamiento de orbitales como principios explicativos.