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3 Uniones entre átomos

1. Indica si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas (razona tu respuesta).

a) Todos los átomos son estables con 8 electrones en su última capa.

b) Los gases nobles no son completamente inertes.

c) Cuando se forma un enlace, la especie resultante gana energía respecto a los átomos por separado.

d) Para que tenga lugar un enlace, los átomos deben tener características muy diferentes.

2. Ante un golpe brusco, como el de un martillo, ¿se comporta igual un sólido iónico y uno metálico? Explica tu respuesta basándote en su estructura.

3. ¿Por qué crees que las reacciones químicas entre compuestos iónicos en disolución suelen ser mucho más rápidas que en fase sólida?

4. Indica si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas (razona tu respuesta).

a) Las uniones dentro de una red cristalina son siempre de tipo iónico.

b) Las redes cristalinas de los metales están formadas por iones positivos y negativos.

c) El enlace entre elementos de igual naturaleza es siempre metálico.

d) Para formar un enlace metálico se necesita que el elemento tenga orbitales desocupados.

5. Indica qué elemento tendrá más tendencia a formar compuestos iónicos con un determinado halógeno.

a) Uno A con número atómico Z = 11 u otro B con Z = 14.

b) Uno A con número atómico Z = 11 u otro C con Z = 37.

6. Responde a las siguientes cuestiones.

a) ¿Cómo varía la energía reticular de un compuesto iónico al aumentar el tamaño de sus iones?

b) ¿Qué sucederá al respecto si aumenta la carga de sus iones?

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7. Para el premio Nobel de Química L. C. Pauling, un enlace es predominantemente iónico cuando la diferencia

entre sus electronegatividades es mayor de 1,7. Indica cuáles de los siguientes compuestos son predominantemente iónicos, consultando la tabla de electronegatividades.

LiBr, Li2S, Li3B, H2S, H2, BH3, CsF

Átomo Li Br S B H Cs F Electronegatividad de Pauling 1,0 2,8 2,5 2,0 2,1 0,7 4,0

8. ¿Cuántos átomos por unidad cristalina contiene un metal que cristaliza según una red cúbica centrada en caras?

9. Describe un ciclo energético de Born-Haber que permita calcular la energía reticular del sulfuro de bario y compara esta energía reticular con la del sulfuro de estroncio. Indica qué cristal será más fácil de fundir.

10. ¿Es el enlace iónico el único representante de las fuerzas electrostáticas? De no ser así, ¿es el más fuerte?

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Solucionario 1. Las respuestas razonadas son las siguientes:

a) Falso. Los elementos del período 1 son estables y la primera capa se completa con la configuración 1s2, esto es, con dos electrones en la capa de valencia.

b) Verdadero. Aunque son prácticamente inertes, se han descubierto algunos compuestos principalmente del xenón y del kriptón con halógenos y el oxígeno, pero son escasos.

c) Falso. Los átomos se unen para alcanzar un estado más estable de mínima energía.

d) Falso. En el enlace iónico se unen átomos de propiedades muy diferentes, pero en el covalente se unen no metales entre sí, y en el metálico, metales.

2. No, los sólidos son frágiles, de tal forma que ante un golpe brusco se rompen. El golpe desplaza la estructura

iónica, lo que hace que los iones de igual signo se enfrenten. Lo que antes eran grandes fuerzas de atracción electrostática, ahora lo son de repulsión y el cristal rompe por esa zona (figura 1).

En los metales un desplazamiento de la red no produce grandes cambios; y el metal solo se deforma pero no se rompe (figura 2).

3. Además de aumentar la probabilidad de contacto entre las especies, cuando los compuestos iónicos se disuelven ya han roto las fuerzas electrostáticas que mantenían unidos los iones. Desde el punto de vista energético, esto facilita que los iones reaccionen con otros presentes en la disolución.

4. Las respuestas razonadas son las siguientes.

a) Falso. También existen redes cristalinas metálicas.

b) Falso. Están formadas por iones positivos (cationes metálicos).

c) Falso. El enlace covalente es también entre átomos de igual naturaleza (no metales).

d) Verdadero. Según la teoría de banda, un enlace metálico supone la existencia de múltiples enlaces covalentes que forman orbitales de energía muy próxima (bandas de energía). Los enlaces covalentes se forman entre orbitales semiocupados.

5. En cada caso, el elemento con mas tendencia será el siguiente.

a) Las configuraciones electrónicas de cada uno serían:

11A → 1s2 2s2 2p6 3s1 (grupo 1, período 3, es el sodio)

14B → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 (grupo 14, período 3, es el silicio)

Los halógenos son no metales con tendencia a captar un electrón para completar su capa de valencia. De estos dos elementos, el de mayor tendencia a ceder electrones es el sodio, ya que tiene un electrón en la capa de valencia, mientras que el silicio tiene 4.

Los dos pertenecen al mismo período, el tercero. Como la tendencia a ceder un electrón viene dada por el menor potencial de ionización (energía necesaria para arrancar un electrón a un átomo A +EI → A+ + e-) y como este aumenta en un período al hacerlo el número atómico, el sodio tiene menor potencial de ionización y, en consecuencia, mayor tendencia a ceder su electrón.

b) Las configuraciones electrónicas de cada uno serían:

11A → 1s2 2s2 2p6 3s1 (grupo 1, período 3, es el sodio)

14B → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 (grupo 1, período 5, es el rubidio)

Figura 1 Figura 2

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Los dos pertenecen al mismo grupo. Como la tendencia a ceder un electrón viene dada por el menor potencial de ionización y este crece en un grupo al disminuir el número atómico, el rubidio tiene menor potencial de ionización y, en consecuencia, mayor tendencia a ceder su electrón que el sodio.

6. La energía reticular de un cristal es proporcional a las fuerzas que unen a los aniones y cationes en la red cristalina. Como estas son de tipo electrostático se regirán por la ley de Coulomb:

2d

'qqkF =

a) Al aumentar el tamaño de los iones, aumenta la distancia y disminuye la fuerza. Por tanto, la energía reticular disminuye.

b) Al aumentar la carga de alguno de los iones lo hace la fuerza, por lo que también aumenta la energía reticular.

7. La diferencia de electronegatividades entre los átomos para cada compuesto es la siguiente:

LiBr → 1,8; Li2S → 1,5; Li3B → 1,0; H2S → 0,4; H2 → 0,0; BH3 → 0,1; CsF → 3,3

Por tanto, según este criterio, los predominantemente iónicos son LiBr y CsF.

8. Tenemos 8 átomos en los vértices del cubo, pero cada uno pertenece a 8 a su vez. Por tanto, de ese átomo corresponde 1/8 del volumen a cada unidad.

En las caras tenemos 6 átomos y cada uno pertenece a 2 unidades cúbicas, luego a cada uno le pertenece 1/2 del volumen de cada átomo. Así:

cristalinaunidadporátomos42

1·6

8

1·8Átomos =+=

9. Del ciclo de Born-Haber del sulfuro de bario se deduce:

UEAEAEIEISSQ 2121SBa ++++++=

)EAEAEIEISS(QU 2121SBa +++++−=

Dado que 0

21

d

qqkU = , siendo −+ += rrd0 , y como

)SBa(U)SSr(U)Ba(r)Sr(r 22 >< ++ ,

se cumplirá que la temperatura de fusión del sulfuro de bario será menor que la del sulfuro de estroncio.

10. No es el único. Todas las uniones entre átomos, moléculas o iones en las que se produzcan atracciones de partes positivas con negativas son de tipo electrostático. Las moléculas dipolares poseen una parte de la molécula con densidad de carga positiva y otra con densidad de carga negativa. Al enfrentarse dos moléculas, los polos opuestos se orientan y se atraen (atracción electroestática).

Algo parecido pasa con las moléculas que forman enlaces de hidrógeno (como el agua). Pero, sin duda, los enlaces más fuertes se producen entre los cationes y los aniones presentes en un enlace iónico, pues son átomos con carga positiva o negativa, mientras que en el resto de los casos son densidades de carga, mucho menores.

12

18

Ba (s) S (s) Q

U

S (g)

+

+

Ba (g)

BaS (s)

Ba+ (g) S_ (g)

Ba2+ (g) S2_ (g)

SBa

EI(I)

EI(II)

Ss

EA(I)

EA(II)