1
TEMA 14 – ENLACE IÓNICO – ENLACE METÁLICO.
1. ¿Por qué se unen los átomos?.
Átomos
Se unenBuscando estabilidad
Agregados
Atómicos
• Cristales.
• Moléculas.
Iónicos.
Covalentes.
Metálicos
Inicialmente los átomos no interactúan.
A medida que se acercan actúan las fuerzas de atracción electrostáticas y la energía del sistema disminuye.
Cuando la distancia interatómica es menor comienzan a manifestarse las fuerzas repulsivas lo que hace que la energía aumente hasta valores positivos.
A la distancia de equilibrio las fuerzas atractivas son máximas y las repulsivas mínimas. A esta distancia se le denomina
distancia de enlace.
Curva de inestabilidad de Morse
2
Concepto de electrovalencia
•Se llama electrovalencia al número de electrones intercambiados cuando dos elementos se unen para formar un enlace
Cuando reaccionan entre sí, los átomos pierden o ganan los electrones necesarios para adquirir la estructura de un gas noble, con 8 e- en la
última capa (regla del octeto de W. Kossel)
Ejemplos:
Nº atómico =
Configuración electrónica=
9
1s2 2s2 2 p5
Falta un e- para el octeto Electrovalencia = -1
Nº atómico =
Configuración electrónica=
11
1s2 2s2 2 p6 3s1
Sobra un e- para el octeto
Electrovalencia = +1 Flúor F
Sodio Na
3
2. El Enlace Iónico.
E I
AE
Na
1 s
22 s
22 p
63 s
1Cl
1 s
22 s
22 p
63 s
23p
5Na
+1 s
22 s
22 p
6Cl
-1 s
22 s
22 p
63 s
23p
6e-
Unión por fuerzas electrostáticas
El enlace iónico tiene lugar entre elementos de muy distinta electronegatividad
Los compuestos iónicos son sólidos formados por redes tridimensionales de iones.
La fórmula de un compuesto iónico, solo indica la proporción en la que se encuentran los iones para que exista neutralidad
eléctrica en el cristal (fórmula empírica), pero no la cantidad de los mismos.
Ejercicio propuesto:
1. El corindón (rubí o zafiro), que en la escala de Mohs solamente es superado en dureza por el diamante, es una sustancia iónica formada por átomos de aluminio y oxígeno.
4
3. La Energía Reticular.
Na
(g)Cl
(g)+ 1 e
Na
(g) +Cl
(g)-EI
AE
Unión iones
U
Na
(g)Cl
(g)+ 1 e
Na
(g) +Cl
(g)-EI
AE
Unión iones
U
5,14 eV- 3,75 eV
- 7,94 eV
Energía reticular
es la energía desprendida al formarse un cristal a partir de sus iones.0 2 1
d
q
q
K
U
n
d
A
N
e
Z
Z
U
A1
1
5
La ordenación de los iones para formar el cristal supone una liberación de energía denominada energía reticular U.
•
Los compuestos iónicos son más estables cuanto mayor (valor absoluto) sea su energía reticular•
La energía reticular es inversamente proporcional a la distancia interiónica d00 2 1
d
q
q
K
U
En los compuestos iónicos cada ión positivo se rodea del mayor número de iones negativos y viceversa, alcanzando un equilibrio entre las fuerzas atractivas y repulsivas, originando cristales
.
6
4. Las Redes Iónicas.
Estructura
Red Iónica
Depende
- Diferencia tamaño de los iones + y -
- Carga de los iones.
Índice de Coordinación
: Es el número de iones de un mismo signo que rodean a otro de signo contrario y se sitúan a una distancia mínima.Tipos de redes
- Diferencia tamaño de los iones + y -
- Cúbica centrada en el cuerpo. I.C. = 8 CsCl
- Cúbica centrada en las caras. I.C. = 6 NaCl - Tetraédrica. I.C. = 4 ZnSl - Red tipo Fluorita. I.C. = 8:4 CaF2 SrF2 BaCl2
7
Red cúbica centrada en el cuerpo
Red cúbica centrada en las caras Red tetraédrica
Red de la fluorita CaF2
I.C. = 8:8
I.C. = 8:4
8
Red tipo rutilo TiO2
9
5. Ciclo de Born - Haber.
Es una descripción del proceso de formación de una red iónica desde un punto de vista termodinámico. Permite calcular cualquiera de las magnitudes que aparecen tanto en el proceso de formación directo como en el parcial.
Ejemplo: Formación de un cristal de NaCl
NaCl (cristal)
Cl-+Na+
(gas)
La energía total se conserva
10 Ejercicios propuestos:
3. Represente el ciclo de Bon-Habber para el fluoruro de litio.
4. Calcule el valor de la energía reticular del fluoruro de litio sabiendo:
• Entalpía de formación del LiF(s) = - 594,1 Kj / mol
• Energía de Sublimación del litio = 155,2 Kj / mol
• Energía de disociación del F2 = 150, 6 Kj / mol
• Energía de ionización del litio = 520,0 Kj / mol
• Afinidad electrónica del fluor = -333,0 Kj /mol
5. Escriba el ciclo de Bon-Habber para el cloruro potásico.
6. :
a) ¿Qué se entiende por energía reticular?.
b) Represente el ciclo de Born-Haber para el bromuro sódico?.
c) Exprese la entalpía de formación ΔHf0 del bromuro de sodio en función de
11
6. Propiedades de los Compuestos Ionicos.
Muchas propiedades están relacionadas con la Energía Reticular de la red cristalina.
Son sólidos a temperatura ambiente. Redes tridimensionales iónicas con fuertes enlaces electrostáticos.
Compuesto NaF NaCl NaBr NaI
Carga de los iones 1 1 1 1
d0(Å) 2,31 2,81 2,98 3,23
Temperatura de fusión (ºC) 988 801 740 660
Coeficiente de dilatación (ºC-1) 39.10-6 40.10-6 43.10-6 48.10-6
Carga iones.
Tamaño iones
• La Tp. de fusión • Dureza
• Coefic. Dilatación
0 2 1
d
q
q
K
12
Relación entre la energía reticular y la dureza de un compuesto
Problema: Explica la disminución de la dureza en los siguientes compuestos:
Solución: El óxido de Berilio es un cristal covalente y su dureza es mucho mayor que el resto. Para los demás compuestos, El anión es el mismo (O-2) y la carga
del catión es la misma (+2)
BeO MgO CaO SrO BaO
Dureza (escala de
Mohs)
9,0 6,5 4,5 3,5 3,3
Radio de los cationes: RBe < RMg < RCa <RSr < RBa La energía reticular disminuye al aumentar el radio:
U (BaO) < U (SrO) < U (CaO) <U (MgO)
La dureza es directamente proporcional a la energía reticular U
13
La fractura origina pequeños cristales cuya forma (hábito) depende de la red cristalina.
En estado líquido si conducen la electricidad. (Los iones pueden moverse). En estado sólido no conducen la electricidad. (Los iones están fijos) .
Se disuelven en disolventes polares como el agua.
Las moléculas de agua se interponen entre los iones de la red y
apantallan las fuerzas de Coulomb entre los iones que quedan libres.
Iones hidratados
La solubilidad de un compuesto iónico depende de la energía reticular y de otros factores como la energía de hidratación de los iones. El criterio más adecuado para deducir la solubilidad consiste en que cuanto mayor es la diferencia de
14
Ejercicio propuesto:
7. Teniendo en cuenta la energía reticular de los compuestos iónicos, conteste razonadamente:
a) ¿Cuál de los siguientes compuestos tendrá mayor dureza: LiF o KBr?.
b) ¿Cuál de los siguientes compuestos será más soluble en agua: MgO o CaS ?.
8. Supongamos que los sólidos cristalinos CsBr, NaBr y KBr cristalizan con el mismo tipo de red.
a) Ordénelos de mayor a menor según su energía reticular. Razone la respuesta.
15
7. Enlace Metálico.
Este tipo de enlace se presenta en la mayoría de los elementos del sistema peródico (metales). Para que se produzca un enlace metálico son necesarias, aunque no suficiente dos condiciones:
El elemento debe tener orbitales desocupados.
Sus átomos deben tener baja energía de ionización.
Teoría de la nube electrónica
Cada átomo metálico deja en libertad algunos de sus electrones formándose un conjunto de iones positivos y un “gas o nube de electrones”. Los iones
positivos se compactan colocándose en los nodos de una red cristalina rodeados de la nube de electrones. La atracción entre los iones y el “gas electrónico” da cohesión al cristal.
• • • •
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
• • • •
• • • •
• • • • •
• • • •
16
Cúbica centrada en el cuerpo
Hexagonal compacta
Cúbica compacta
Propiedades de los metales
Brillo intenso
Conductividad eléctrica
Capacidad de los electrones de la
nube para captar y emitir energía
electromagnética
Gran movilidad de los e
17
Conductividad térmica
Se debe a la facilidad de movimiento de
los electrones de la nube electrónica.
Tenacidad. Los metales
son muy tenaces.
Una deformación brusca no provoca
enfrentamientos de cargas opuestas.
Aunque los cationes se desplacen,los e- de la red amortiguan la fuerza de repulsión entre ellos
Red de un metal
Por el contrario, en los Compuestos iónicos este desplazamiento produce la fractura del cristal al quedar enfrentados iones del mismo signo
18
Maleabililidad y
ductilidad
Se pueden estirar en hilos
o extender en láminas
Temperaturas de fusión
y ebullición muy variadas
Dependen de la fuerza de atracción entre la nube de e- y los iones positivos. Esta
fuerza aumenta al disminuir el tamaño de los iones y al aumenta el número de