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