enlace i ó nico
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Enlace iónico
• Se forma por transferencia de electrones y la atracción entre los iones.
• Generalmente los electrones se transfieren para lograr la configuración de gas noble.
Enlace iónico
elemento elemento muymuyelectronegatelectronegativoivo
++elemento elemento poco poco electronegaelectronegativotivo
== compuesto compuesto iónico iónico (sal)(sal)
Enlace iónico
Aunque no hay una clara frontera entre enlace iónico y covalente, es conveniente estudiar estos temas por separado, ya que las sales pueden ser analizadas a través de un modelo que considera únicamente fuerzas electróstaticas mientras que el modelo covalente se basa en la mecánica cuántica
Sustancias Iónicas
Propiedades de las sustancias iónicas
1. Presentan bajas conductividades eléctricas como sólidas pero altas cuando están fundidas.
2. Los puntos de fusión y ebullición son relativamente altos
3. Son sustancias duras pero frágiles.
4. Son sustancias generalmente solubles en disolventes polares
Modelo iónico
• Supone la existencia de iones (partículas eléctricamente cargadas).• Se ha comprobado la existencia de iones
cuando un sólido iónico se funde o se disuelve.
• En los sólidos iónicos hay evidencias como que el tamaño corresponde a lo esperado para un ion.
Modelo iónico
• La existencia de iones que se atraen con fuerzas electrostáticas omnidireccionales. Explica:• Los altos puntos de fusión• La formación de cristales sólidos, duros y
frágiles• Si, por fuerzas externas, un catión cambia de
posición y deja de tener como vecino a un anión y se encuentra con un catión: la estabilidad desaparece.
Modelo iónico
• Solubilidad en disolventes polares.• Debido a interacciones electrostáticas entre
los iones y los dipolos del disolvente.
• Entre más pequeño sea el ion, mayor es la densidad de carga y mas alto será el punto de fusión.
• Formación del enlace covalente entre metales y no metales.• Tomando encuenta la existencia de iones.• Metales:
• No metales:
Modelo iónico
Baja energia de ionizacion
Tienden a formar aniones
Alta afinidad electrónica
Tienden a formar cationes
Por lo tanto
Por lo tanto
• Formación de cristales tridimensionales.• La forma permite:
Modelo iónico
Maximizar
Fuerzas de repulsión
Minimizar
Fuerzas de atracción
• Arreglos más comunes de los cristales:
• Estructura del cloruro de sodio• Estructura de cluroro de cesio• Estructura de blenda de zinc y wurzita• Estructura de la fluorita• Estructura del rutilo.
Modelo iónico
Estructuras más comunes
Cloruro de sodio
Cl Cs
Cloruro de
cesio
Cl Na
Estructuras más comunes
Estructura de sulfuro de zinc (blenda de
zinc) Wurzita
S Zn
S Zn
Estructuras más comunes
F Ca
Fluorita
O Ti
Rutilo
Formación de la sal LiF
H F
H F
Protón Ion Fluoruro
H F
d-d+
Fluoruro de hidrógeno
Formación de la sal LiF
--
Atomo de litio Atomo de flúor
3 +
Ion Litio (Li+)
-
Ion Fluoruro(F-)
9 +
3 + 9 +
Li+ F
Li+ F
Los iones se forman mediante una transferencia electrones de un átomo poco electronegativo a otro muy electronegativo.
Formación del NaCl
Cl2 (gas)
Na (sólido) metal
Na + (g)Na (g)
Cl (g)
Cl-
(g)
-e
+e
NaCl (sólido)
• Energía que se libera cuando los iones gaseosos se unen para formar un cristal sólido.
• Cálculo:
MmMm++(g) (g) + Xx + Xx--
(g) (g) = MxXm = MxXm (sólido)(sólido)
• Se hace en forma indirecta a través del ciclo de Born-Haber (aplicando la Ley de Hess).
Energía de latice (Uo)
Ley de Hess
La entalpía de una reacción La entalpía de una reacción
es la misma no importa el es la misma no importa el número número
de pasos intermedios.de pasos intermedios.
Ciclo de Born–Haber
Na (s) + ½ Cl2 (g)
Na (g) Cl (g)
Cl- (g)Na+
(g) +
1a Energía de ionización
½ H disociación
(Cl-Cl)
H 1era. Afinidad electrónica H Uo
H o
NaCl (s)
H sublimación
Para el NaCl(s)
Cálculo de Hf
H o = H sublimación del sodio + 1a. E de
ionización sodio + ½ H disociación (Cl-Cl) + H 1era. Afinidad electrónica + H Uo
• Este cálculo puede tener un error del 10 al 20%, sin embargo, ayuda a saber si un compuesto puede o no existir.
Hf del NaCl
• El tener Hf = -2500 kJ/mol permite suponer que va a ser negativa y por lo tanto el G también.
G = Hf – TS
• Ahora si hacemos el análisis para la formación de floruro de calcio se tiene como primer paso es la formación de CaF cuya H o es negativa, sin embargo para el CaF2 presenta un Ho mucho menor. Lo que implica que aunque es factible formar el CaF se va a transformar en CaF2 que es la especie más estable.
Cálculo de Hf
E.I. vs estado de oxidación
La energía de latice no compensa la alta segunda energía de ionización del sodio.
• Si dos cargas de signo contrario se encuentran, de acuerdo a la ley de Coulomb, se van a atraer con una fuerza:• Directamente proporcional a las cargas• Inversamente proporcional a la distancia
Explicación del valor de Uo
FFatracciónatracción q q11*q*q22
rr22
- +
r
• Como, Energía = Fuerza * Distancia, se tiene:
E = qE = q11*q*q2 2 = q= q11*q*q22
• Si consideramos que q = Zq = Z±± e e, donde:
• ZZ es el número de protones o electrones perdidos o ganados por el ion
• ee es la carga de un electrón
Explicación del valor de Uo
rr22 * r * r r r
• Se obtiene: E = ZE = Z++e * Ze * Z--ee
• Y esta es la energía que se libera cuando se forma un par iónico.
• Si en lugar de un par iónico imaginamos varios se
forma un cristal unidimensional en la dirección del eje x, tenemos:
Explicación del valor de Uo
- +- +
r
- +- +
r
rr
Explicación del valor de Uo
• Existen muchas atracciones y muchas repulsiones en que las cargas son las mismas pero las distancias cambian.
• Lo que produce una suma y resta de atracciones yrepulsiones electrostáticas.
- +- +- +- +
atracción Repulsión 2 r
Repulsión 4r Atracción 3 r
• Considerando que q = Zeq = Ze y E = E = H H UoUo
• Si sacamos al factor común queda:
• H H Uo= – ( ZUo= – ( Z++ZZ--ee22) 1 – 1 + 1 – 1 ...) 1 – 1 + 1 – 1 ...
Explicación del valor de Uo
H H Uo = - ( ZUo = - ( Z++ZZ--ee22) + (Z) + (Z++ZZ--ee22) - (Z) - (Z++ZZ--ee22) + (Z) + (Z++ZZ--ee22) ...) ...
r r 2r 2r 3r 3r 4r4r
rr 2 3 2 3 4 4[ [ ] ]AA = (factor geométrico)
• Debido a que la suma de los términos es mayor a 1 el cristal unidimensional es más estable que el par iónico.
• Se define a UU como el valor absoluto de la H H UU.• La fórmula queda:
• A mayor número de atracciones y menor el de repulsiones se forman cristales tridimensionales en lugar de unidimensionales.
Explicación del valor de Uo
U = A ZU = A Z++ZZ--ee22
rr
Factor geométrico (A)
Estructura Num. Coord. AA (factor geométrico)
Cloruro de Cloruro de sodiosodio
6:6 1.74756
Cloruro de Cloruro de cesiocesio
8:8 1.76267
Blenda de zincBlenda de zinc 4:4 1.63806
wurzitawurzita 4:4 1.64132
fluoritafluorita 8:4 1.51939
rutilorutilo 6:3 2.408
corundocorundo 6:4 4.1719
A para el NaCl
• AA para el NaCl con coordinación 6:6 =1.74756• Casi el doble que para un par iónico donde es
= 1
+
- -
- --
-
Nubes de electrónes
• Son nubes de electrones alrededor del núcleo de los iones.
• Dan una repulsión adicional • Constante de repulsión entre nubes (BB)
- +- -
Urepulsión entre nubes Br n=
• Se mide a través de datos de compresibilidad del ión.
• Se calcula considerando
en el punto mínimo de la curva
Repulsión entre nubes (BB)
rr U = O
Curva de E. Morse-Condon
U =U =
Cálculo de U
U = ANZ+Z-e2
r +NB
rn
_____
= - ANZ+Z-e2
r2+
nNB
Rrn+1
_____
-ANZ+Z-e2rn+1
nB=
r U
= O
UUatracciones atracciones
y y
repulsiones repulsiones
entre núcleosentre núcleos
UUrepulsión repulsión
entre entre
nubes de nubes de
electroneselectrones
++
Uo = AZ+ZN-e2
ro
ANZ+Z-e2
ron
Cálculo de U
Uo = ANZ+Z-e2
ro
( 1 - 1n
)
Exponente de Born (n)(n)
• Valores:
Configuración del ion
nn
He 5
Ne 7
Ar, Cu+ 9
Kr, Ag+ 10
Xe, Au+ 12
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