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Enlace ionico

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Representacion de la union ionica entre el litio y el fluor para formar el fluoruro de litio . El litio tiene una energia de ionizacion baja y cede facilmente su unico electron de valencia a un atomo de fluor, que tiene una afinidad positiva con los electrones y acepta el electron donado por el atomo de litio. El resultado final es que el litio es isoelectronico con el helio y el fluor es isoelectronico con el neon . La interaccion electrostatica se produce entre los dos iones resultantes, pero la agregacion no se limita a dos de ellos. El resultado es la agregacion en toda una red entera mantenida unida por la union ionica.

Un enlace ionico o electrovalente [ 1 ] ​ es el resultado de la presencia de atraccion electrostatica entre los iones de distinto signo respecto a las valencias de los elementos y el numero de electrones que deben perder o ganar para completar las capas, es decir, uno fuertemente electropositivo y otro fuertemente electronegativo . [ 2 ] ​ Eso se da cuando en el enlace, uno de los atomos capta electrones del otro. La atraccion electrostatica entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un compuesto quimico simple, aqui no se fusionan; sino que uno da y otro recibe. Para que un enlace ionico se genere es necesario que la diferencia (delta) de electronegatividades sea mayor o igual a 1,7. ( Escala de Pauling ). [ 3 ] ​ La energia necesaria para crear un enlace ionico es alrededor de 75-100 Kcal/mol. Cabe resaltar que ningun enlace es totalmente ionico, siempre habra una contribucion en el enlace que se le pueda atribuir a la comparticion de los electrones en el mismo enlace (covalencia). [ 4 ] ​ El modelo del enlace ionico es una exageracion que resulta conveniente ya que muchos datos termodinamicos se pueden obtener con muy buena precision si se piensa que los atomos son iones y no hay comparticion de electrones.

Dado que los elementos implicados tienen elevadas diferencias de electronegatividad, este enlace suele darse entre un compuesto metalico y uno no metalico . [ 5 ] ​ Se produce una transferencia electronica total de un atomo [ 6 ] ​ a otro formandose iones de diferente signo. El metal dona uno o mas electrones formando iones con carga positiva o cationes con una configuracion electronica estable. [ 7 ] ​ Estos electrones luego ingresan en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anion , que tambien tiene configuracion electronica estable. Son estables pues ambos, segun la regla del octeto o por la estructura de Lewis adquieren 8 electrones en su capa mas exterior ( capa de valencia ), aunque esto no es del todo cierto ya que contamos con varias excepciones, la del hidrogeno (H) que se llega al octeto con dos electrones, el berilio (Be) con 4, el aluminio (Al) y el boro (B) que se rodean de seis (estas ultimas dos especies forman aductos acido-base para llegar al octeto convencional de 8 electrones).

Los compuestos ionicos forman redes cristalinas constituidas por N iones de carga opuesta, unidos por fuerzas electrostaticas. Este tipo de atraccion determina las propiedades observadas. Si la atraccion electrostatica es fuerte, se forman solidos cristalinos de elevado punto de fusion e insolubles en agua ; si la atraccion es menor, como en el caso del NaCl , el punto de fusion tambien es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en liquidos apolares , como el benceno o el disulfuro de carbono . [ 8 ] ​

Caracteristicas [ editar ]

Enlace ionico en un cristal de NaCl.

Algunas caracteristicas de este tipo de enlace son:

  • Los enlaces son muy fuertes (depende fuertemente de la naturaleza de los iones).
  • Solidos a temperatura ambiente y poseen una estructura cristalina o transparente en el sistema cubico . (Hay compuestos ionicos que son liquidos a temperatura ambiente denominados "liquidos ionicos" o "Sales Derretidas", con un campo de aplicacion gigantesco.)
  • Altos punto de fusion (entre 300  °C y 1000 °C) y ebullicion (Si el enlace tiene un caracter covalente alto, puede ser que estos valores disminuyan abruptamente)
  • Son enlaces resultantes de la interaccion entre los metales de los grupos I y II y los no metales de los grupos VI y VII .
  • Son solubles en agua y otras disoluciones acuosas debido al dipolo electrico que presentan las moleculas de agua ; capaces de solvatar a los iones, compensando asi la energia de red cristalina. (No todos los compuestos ionicos se pueden disolver facilmente con agua, ya sea por la poca energia de solvatacion de los iones o por el caracter covalente del compuesto ionico).
  • Una vez en disolucion acuosa son excelentes conductores de electricidad , ya que entonces los iones quedan libres. [ 9 ] ​ (Hay una gran variedad de compuestos ionicos que son poco o muy poco solubles en disolucion acuosa, tambien debido al caracter covalente del compuesto y que no permite que el agua separe facilmente la red cristalina, resultando asi en una muy pobre conductividad en disolucion)
  • Posee unicamente enlaces simples.
  • En estado solido no conducen la electricidad, ya que los iones ocupan posiciones muy fijas en la red. Si utilizamos un bloque de sal como parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionara. Asi tampoco funcionara una bombilla si utilizamos como parte de un circuito un cubo de agua , pero si disolvemos sal en abundancia en dicho cubo, la bombilla del circuito se encendera. Esto se debe a que los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su signo) de la pila del circuito y, por ello, este funciona. [ 10 ] ​

Clasificacion [ editar ]

Los iones se clasifican en dos tipos:

a) Anion : Es un ion con carga electrica negativa, lo que significa que los atomos que lo conforman tienen un exceso de electrones . Comunmente los aniones estan formados por no metales , aunque hay ciertos aniones formados por metales y no metales. Los aniones mas habituales son (el numero indica la carga):

b) Cation : es un ion con carga electrica positiva. Los mas comunes se forman a partir de metales, [ 12 ] ​ pero hay ciertos cationes formados con no metales.

Formacion [ editar ]

El enlace ionico puede resultar de una reaccion redox cuando los atomos de un elemento (generalmente un metal), cuya energia de ionizacion es baja, ceden algunos de sus electrones para lograr una configuracion electronica estable. Al hacerlo se forman cationes. Un atomo de otro elemento (generalmente no metal) con mayor afinidad electronica acepta uno o mas electrones para alcanzar una configuracion electronica estable y, despues de aceptar electrones, un atomo se convierte en un anion. Normalmente, la configuracion electronica estable es uno de los gases nobles para los elementos del bloque s y del bloque p , y configuraciones electronicas estables particulares para los elementos del bloque d y del bloque f . La atraccion electrostatica entre aniones y cationes conduce a la formacion de un solido con una red cristalografica en la que los iones se apilan de forma alterna. En una red de este tipo normalmente no es posible distinguir unidades moleculares discretas, de modo que los compuestos formados no son moleculares. Sin embargo, los propios iones pueden ser complejos y formar iones moleculares como el anion acetato o el cation amonio.

Por ejemplo, la sal de mesa comun es el cloruro de sodio. Cuando se combinan sodio (Na) y cloro (Cl), cada atomo de sodio pierde un electron, formando cationes (Na+), y cada atomo de cloro gana un electron para formar aniones (Cl-). Luego, estos iones se atraen entre si en una proporcion de 1:1 para formar cloruro de sodio (NaCl).

Na + Cl → Na + + Cl ? → NaCl

Sin embargo, para mantener la neutralidad de carga se observan relaciones estrictas entre aniones y cationes de modo que los compuestos ionicos, en general, obedecen las reglas de la estequiometria a pesar de no ser compuestos moleculares. Para los compuestos que son de transicion a las aleaciones y poseen enlaces mixtos ionicos y metalicos, este puede que ya no sea el caso. Muchos sulfuros, por ejemplo, forman compuestos no estequiometricos.

Muchos compuestos ionicos se denominan sales, ya que tambien pueden formarse mediante la reaccion de neutralizacion de una base de Arrhenius como NaOH con un acido de Arrhenius como HCl.

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O

Se dice entonces que la sal NaCl esta formada por el resto acido Cl? y el resto base Na+.

La eliminacion de electrones para formar el cation es endotermica, lo que aumenta la energia general del sistema. Tambien puede haber cambios de energia asociados con la ruptura de enlaces existentes o la adicion de mas de un electron para formar aniones. Sin embargo, la accion del anion de aceptar los electrones de valencia del cation y la posterior atraccion de los iones entre si libera energia (red) y, por lo tanto, reduce la energia general del sistema.

El enlace ionico se producira solo si el cambio de energia general de la reaccion es favorable. En general, la reaccion es exotermica, pero, por ejemplo, la formacion de oxido de mercurio (HgO) es endotermica. La carga de los iones resultantes es un factor importante en la fuerza del enlace ionico, p. una sal C + A ? se mantiene unida mediante fuerzas electrostaticas aproximadamente cuatro veces mas debiles que C 2+ A 2? segun la ley de Coulomb , donde C y A representan un cation y un anion genericos, respectivamente. En este argumento bastante simplista se ignoran los tamanos de los iones y el empaquetamiento particular de la red.

Fuerza del enlace ionico [ editar ]

Articulo principal: Energia reticular

Para un compuesto ionico cristalino solido, el cambio de entalpia al formar el solido a partir de iones gaseosos se denomina energia reticular. El valor experimental de la energia reticular se puede determinar mediante el ciclo de Born-Haber . Tambien se puede calcular (predecir) utilizando la ecuacion de Born-Lande como la suma de la energia potencial electrostatica , calculada sumando las interacciones entre cationes y aniones, y un termino de energia potencial repulsiva de corto alcance. El potencial electrostatico se puede expresar en terminos de separacion interionica y una constante ( constante de Madelung ) que tiene en cuenta la geometria del cristal. Cuanto mas lejos del nucleo, mas debil es el escudo. La ecuacion de Born-Lande proporciona un ajuste razonable a la energia reticular de, por ejemplo, cloruro de sodio, donde el valor calculado (predicho) es ?756 kJ/mol, que se compara con ?787 kJ/mol usando el ciclo de Born-Haber. [ 14 ] ​ [ 15 ] ​ En solucion acuosa, la fuerza de union puede describirse mediante la ecuacion de Bjerrum o Fuoss como funcion de las cargas ionicas, mas bien independiente de la naturaleza de los iones, como la polarizabilidad o el tamano. [ 16 ] ​ La fuerza de los puentes salinos se evalua con mayor frecuencia mediante mediciones de equilibrios entre moleculas que contienen sitios cationicos y anionicos, generalmente en solucion. [ 17 ] ​ Las constantes de equilibrio en el agua indican las contribuciones de energia libre aditiva para cada puente salino. Otro metodo para identificar enlaces de hidrogeno tambien en moleculas complicadas es la cristalografia y, a veces, tambien la espectroscopia de Resonancia Magnetica Nuclear.

Las fuerzas de atraccion que definen la fuerza de los enlaces ionicos pueden modelarse mediante la ley de Coulomb. Las fuerzas de los enlaces ionicos suelen estar (los rangos citados varian) entre 170 y 1500 kJ/mol. [ 18 ] ​ [ 19 ] ​

Vease tambien [ editar ]

Referencias [ editar ]

  1. ↑ Quimica 2 (UdeG) . Ediciones Umbral. ISBN   9789709758818 . Consultado el 11 de noviembre de 2019 .  
  2. ↑ Quimica . Pearson Educacion. 2005. ISBN   9789702606949 . Consultado el 2 de febrero de 2018 .  
  3. ↑ Fisica y Quimica. Vol. Iii: Quimica I. Profesores de Educacion Secundaria. Temario para la preparacion de oposiciones. Ebook . MAD-Eduforma. ISBN   9788466505536 . Consultado el 2 de febrero de 2018 .  
  4. ↑ Quimica Organica, pag. 34, en Google Libros
  5. ↑ Electrotecnia, pag 503 en Google libros
  6. ↑ Quimica organica: conceptos y aplicaciones, pag 14 en Google libros
  7. ↑ MODULO 2 FISICA, pag 9, en Google libros
  8. ↑ Jimeno, et al. 1999. Biologia II . Santillana, Barcelona. ISBN 84-7911-813-X
  9. ↑ ≪Propiedades de los compuestos ionicos≫ . aula.educa.aragon.es . Consultado el 20 de mayo de 2020 .  
  10. ↑ Fisica y Quimica 1º Bachillerato, pag. 111. En Google Libros.
  11. ↑ ≪Nomenclatura de Quimica Inorganica, pag 12≫ .  
  12. ↑ Fundamentos de Quimica. 1º curso Grados en Ingenieria de los R. Energeticos y R. Mineros. pag 1
  13. ↑ Reboiras, M. D. (1 de enero de 2006). Quimica: la ciencia basica . Editorial Paraninfo. ISBN   978-84-9732-347-5 . Consultado el 20 de mayo de 2020 .  
  14. ↑ David Arthur Johnson, Metals and Chemical Change , Open University, Royal Society of Chemistry, 2002, ISBN   0-85404-665-8
  15. ↑ Linus Pauling, The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: An Introduction to Modern Structural Chemistry , Cornell University Press, 1960 ISBN   0-801-40333-2 doi   10.1021/ja01355a027
  16. ↑ Schneider, H.-J.; Yatsimirsky, A. (2000) Principles and Methods in Supramolecular Chemistry . Wiley ISBN   9780471972532
  17. ↑ Biedermann F, Schneider HJ (May 2016). ≪Experimental Binding Energies in Supramolecular Complexes≫. Chemical Reviews 116 (9): 5216-300. PMID   27136957 . doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00583 .  
  18. ↑ Soboyejo, W.O (2003). Mechanical properties of engineered materials. Marcel Dekker. pp. 16?17. ISBN   0-203-91039-7 . OCLC 54091550 .
  19. ↑ Askeland, Donald R. (January 2015). The science and engineering of materials. Wright, Wendelin J. (Seventh ed.). Boston, MA. pp. 38. ISBN   978-1-305-07676-1 . OCLC 903959750 .

Bibliografia [ editar ]

  • [1] Quimica aplicada a la ingenieria. Escrito por Caselles Pomares Maria Jose, Gomez Anton Maria Rosa, Molero Meneses Mariano, Sarda Hoyo Jesus, Google libros


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