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El enlace iónico se forma cuando se unen dos átomos con una gran diferencia de electronegatividad. Ocurre entre un metal muy electropositivo, situado a la izquierda de la tabla periódica y un no metal muy electronegativo, situado a la derecha. La diferencia de electronegatividad entre ambos elementos tiene que ser mayor o igual a 1.7.
Podemos entender el enlace iónico estudiando la configuración electrónica en los átomos de un compuesto. Por ejemplo, el NaCl. El cloro capta un electrón, convirtiéndose en un ion negativo y completando su octeto electrónico. El electrón que capta viene del sodio, el metal que cede electrones y se transforma en catión.
La atracción eléctrica entre estos iones de cargas opuestas genera una estructura sólida y ordenada llamada red cristalina. Por lo tanto, y esto es fundamental entenderlo, en los compuestos iónicos no existen moléculas individuales, sino una red cristalina tridimensional de cationes y aniones.
Verás en este tema que se habla de redes cristalinas y de “cristales”. Estos cristales no tienen nada que ver con vidrios. En química, un cristal es un sólido cuya estructura interna está ordenada y sigue un patrón que se repite una y otra vez.
La fórmula de un compuesto iónico indica la proporción de iones que hay dentro de la red. La fórmula NaCl no indica que haya una molécula en la que un solo sodio se une a un solo cloro, sino que, en la red cristalina, hay un átomo de sodio por cada uno de cloro. Igual que en el cristal de MgCl2: hay un átomo de magnesio por cada dos de cloro.
Las redes iónicas son extraordinariamente estables. Al fin y al cabo permanecen unidas por la atracción entre cargas de distinto signo por fuerzas eléctricas, de las más fuertes en la naturaleza. Cada ion está fijado en su posición por el resto de iones de carga opuesta que lo atraen.
Veamos con un ejemplo cómo distinguir un enlace iónico:
Indica cuáles de los siguientes pares de elementos es más probable que formen un compuesto iónico, indicando su fórmula empírica.
a) Cloro (Z=17) y calcio (Z= 20)
Sí. Son dos compuestos con una electronegatividad muy diferente. El cloro es un no metal que está en el grupo 17 (muy a la derecha en la tabla) y el calcio un metal en el grupo 2 (muy a la izquierda)
Para escribir la fórmula del compuesto debemos ver el ion más estable que forma cada especie. Veamos sus configuraciones electrónicas:
Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Para adquirir configuración electrónica de gas noble, con su última capa llena, puede perder 7 electrones o ganar 1. Ganar 1 es mucho más favorable así que el ion más estable es el Cl-.
Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
Para adquirir configuración electrónica de gas noble, con su última capa llena, puede perder 2 electrones o ganar 6. Perder 2 es mucho más favorable así que el ion más estable es el Ca2+.
Las cargas del anión y el catión deben compensarse para que el compuesto final sea neutro. Como el calcio tiene dos cargas positivas y el cloruro una negativa, hacen falta dos iones negativos para neutralizar el positivo. Así que la fórmula final del compuesto es: CaCl2.
b) Carbono (Z=6) y oxígeno (Z=16)
No. Son dos no metales, entre los que no puede darse un enlace iónico.
c) Zinc (Z=30) y fósforo (Z=15)
No. Aunque son un metal y un no metal, están en grupos muy cercanos. La diferencia de electronegatividad no es lo suficientemente grande como para que se forme un enlace iónico.
d) Li (Z=3) y flúor (Z=9)
Sí. Son dos compuestos con una electronegatividad muy diferente. El flúor es un no metal que está en el grupo 17 (muy a la derecha en la tabla) y el litio un metal en el grupo 1 (muy a la izquierda)
Para escribir la fórmula del compuesto debemos ver el ion más estable que forma cada especie. Veamos sus configuraciones electrónicas:
F: 1s2 2s2 2p5
Para adquirir configuración electrónica de gas noble, con su última capa llena, puede perder 7 electrones o ganar 1. Ganar 1 es mucho más favorable así que el ion más estable es el F-.
Li: 1s2 2s1
Para adquirir configuración electrónica de gas noble, con su última capa llena, puede perder 1 electrón o ganar 7. Perder 1 es mucho más favorable así que el ion más estable es el Li+.
Como la carga de ambos iones es la misma, se compensan uno a uno. Así que la fórmula del compuesto es LiF.
e) Hierro (Z=26)
No. El enlace entre átomos de hierro generaría un enlace entre dos metales, lo cual no puede dar un enlace iónico.
Todos los compuestos iónicos comparten diferentes propiedades:
Altos puntos de fusión y ebullición:
La intensa fuerza de atracción entre los iones hace que se requiera mucha energía (altas temperaturas) para romper la red cristalina y fundir o evaporar el compuesto. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) funde a 801°C y hierve a 1413°C.
Son solubles en disolventes polares como el agua.
Las moléculas de agua, al ser polares, pueden rodear a los iones de la red cristalina, debilitando las atracciones entre ellos y permitiendo su separación (disolución). Los polos negativos del agua atraen a los cationes, y los polos positivos a los aniones.
Son duros y frágiles.
La dureza se debe a la fuerte unión entre los iones, que ofrece resistencia a ser rayados. Sin embargo, son frágiles, es decir, se fracturan fácilmente con un golpe seco. Esto se debe a que un desplazamiento de las capas de iones en la red cristalina enfrenta a iones del mismo signo, generando repulsión y provocando la rotura.
No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí lo hacen fundidos o disueltos en agua.
Para conducir la electricidad hacen falta electrones o iones libres.
En estado sólido, los iones están fijos en la red cristalina y no pueden moverse. Sin embargo, al fundir el compuesto o disolverlo en agua, los iones adquieren movilidad y pueden conducir la corriente eléctrica, actuando como portadores de carga.
Baja conductividad térmica.
Como no hay electrones libres, no pueden moverse a través de la red distribuyendo la energía. La transferencia de calor se produce principalmente a través de las vibraciones de los átomos de la red cristalina. Como cada átomo está fijado los iones que le rodean, la vibración es ineficaz.
P. Fusión | P. Ebullición | Solubilidad agua | Cond. Eléctrica | Cond. Térmica | Dureza |
ALTO | ALTO | ALTA | Sólidos: BAJA Fundidos: ALTA Disueltos: ALTA | BAJA | ALTA |
Ejemplo: Imagina que tienes dos sustancias sólidas desconocidas, A y B. La sustancia A tiene un punto de fusión de 200°C, mientras que la sustancia B funde a 900°C. Además, la sustancia B conduce la electricidad cuando está disuelta en agua, mientras que la sustancia A no lo hace. ¿Cuál de las dos sustancias es más probable que sea un compuesto iónico? Justifica tu respuesta.
La sustancia más probablemente iónica es la B:
· Su alto punto de fusión (900°C) sugiere una fuerte atracción entre sus partículas constituyentes, lo que es característico de los enlaces iónicos en las redes cristalinas.
· El hecho de que conduzca la electricidad cuando está disuelta en agua indica que se disocia en iones móviles, lo que apoya la hipótesis de que se trata de un compuesto iónico. La sustancia A, con un punto de fusión más bajo y sin conductividad en disolución, probablemente no sea iónica.
1. Un elemento "X" tiene la siguiente configuración electrónica: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Otro elemento "Z" tiene la configuración electrónica: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s².
a) ¿Espera que formen un enlace iónico o covalente? Justifica tu respuesta.
b) Si forman un compuesto, ¿cuál sería su fórmula empírica?
c) Si forman un compuesto, ¿podría disolverse en benceno?
Solución
a) ¿Espera que formen un enlace iónico o covalente? Justifica tu respuesta.
El elemento "X" tiene 7 electrones en su capa de valencia (3s² 3p⁵), lo que indica que es un halógeno (grupo 17). Tiende a ganar un electrón para completar su octeto y alcanzar la configuración de gas noble.
El elemento "Z" tiene 2 electrones en su capa de valencia (4s²), lo que indica que es un metal alcalinotérreo (grupo 2). Tiende a perder dos electrones para alcanzar la configuración de gas noble.
Al ser un metal y un no metal en extremos opuestos de la tabla (con una gran diferencia de electronegatividad), se espera que formen un enlace iónico.
b) Si forman un compuesto, ¿cuál sería su fórmula empírica?
Para que la carga total sea neutra, se necesitan dos iones X⁻ por cada ion Z²⁺. Por lo tanto, la fórmula química del compuesto será ZX₂.
c) Si forman un compuesto, ¿podría disolverse en benceno?
El benceno es un disolvente apolar. Los compuestos iónicos solo son solubles en disolventes polares, como el agua. Los iones se atraen con las partes positivas y negativas de las moléculas de disolvente, disolviéndose.
Por lo tanto, no. No puede disolverse en benceno.
2. El nitruro de magnesio (Mg3N2) es un compuesto iónico.
a) Describe el proceso de formación del enlace iónico en el Mg3N2, utilizando las configuraciones electrónicas de los átomos implicados.
b) Si se añade nitruro de magnesio a agua, se produce una reacción química. ¿Puedes predecir qué tipo de sustancias se formarán?
Datos: Z (Mg) = 12, Z (N) = 7
Solución
a) Describe el proceso de formación del enlace iónico en el Mg3N2, utilizando las configuraciones electrónicas de los átomos implicados.
Configuraciones electrónicas:
Magnesio (Mg): 1s² 2s² 2p⁶ 3s²
Nitrógeno (N): 1s² 2s² 2p³
El magnesio tiene 2 electrones en su capa de valencia (3s²). Tiende a perder esos dos electrones para alcanzar la configuración electrónica estable del gas noble neón, formando el catión Mg2+.
El nitrógeno tiene 5 electrones en su capa de valencia (2s² 2p³). Tiende a ganar tres electrones para completar su octeto y alcanzar la configuración electrónica estable del neón, formando el anión N3-.
Para formarse el enlace, se transfieren electrones de los átomos de magnesio a los átomos de nitrógeno. Cada átomo de magnesio pierde dos electrones, y cada átomo de nitrógeno gana tres electrones. Para que la carga total sea neutra, se necesitan tres iones Mg2+ por cada dos iones N3-. La atracción electrostática entre los iones Mg2+ y N3- forma el enlace iónico en el Mg3N2.
b) ¿Cuál dirías que es el punto de fusión más probable del nitruro de magnesio: 201 K, 283K o 1073 K?
Pasando cada temperatura a grados centígrados para visualizarlas mejor:
201 K = -72 ° C
283 K = 10 ° C
1073 K = 800 ° C
Al ser un compuesto iónico, su punto de fusión es alto, por la alta energía de enlace entre los iones de la red. Esto hace que sean sólidos a temperatura ambiente. Por tanto, podemos descartar las dos primeras temperaturas.
La más probable es la temperatura de 1073 K.
3. El berilio (Be) es un elemento del grupo 2 de la tabla periódica. A pesar de ser un metal alcalinotérreo, el cloruro de berilio (BeCl2) presenta propiedades que sugieren un carácter covalente significativo, como un punto de fusión relativamente bajo (405°C) y una baja conductividad eléctrica en estado fundido. Explica este suceso.
Electronegatividades en la escala de Pauling: Berilio (1.57), Cloro (3.16).
Solución
Pese a ser dos elementos en posiciones opuestas de la tabla periódica, la diferencia de electronegatividad entre ambos elementos no es la suficiente como para generar un enlace puramente iónico. Seguramente se de un enlace covalente muy polar.
Por eso no conserva las propiedades de un compuesto iónico.