ENLACE IÓNICO. Dra. Silvia Elena Castillo Blum

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Germán Henríquez Fernández
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1 ENLACE IÓNICO Dra. Silvia Elena Castillo Blum

2 Enlace Químico ENLACE IÓNICO ENLACE COVALENTE ENLACE METÁLICO 2

3 Definición IUPAC Hay un enlace químico entre dos átomos o grupos de átomos cuando las fuerzas que se establecen entre ellos permiten la formación de un agregado con la suficiente estabilidad para que pueda ser considerado una especie independiente. 3

4 Gilbert Lewis estableció que los átomos se combinan a fin de alcanzar una configuración ió electrónica más estable: La máxima estabilidad resulta cuando un átomo es isoelectrónico con un gas noble 4

5 Modelo Un modelo es un idealización que permite describir teóricamente un sistema y predecir y explicar en forma aproximada, hechos experimentales. 5

6 Formación de Compuestos Iónicos 6

7 Enlace iónico No existe una división clara entre el enlace iónico y el covalente. El enlace puramente iónico puede estudiarse mediante un modelo electrostático simple. Existen algunas propiedades que distinguen a los compuesto iónicos de los compuestos covalente. 7

8 Modelo de Enlace Iónico Los iones son esencialmente esferas con carga, incompresibles, indeformables que interaccionan por fuerzas coulómbicas electrostáticas en el cristal r + - 8

9 Cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen. L b l fib d l b ll l Las cargas sobre las fibras del cabello se repelen y causan que el cabello se disperse. 9

10 Svante Arrhenius (1884) NaCl 10

11 Características Físicas de los Compuestos Iónicos Los iones se ordenan en redes cristalinas iónicas Baja conductividad térmica y eléctrica en estado sólido, pero conducen al fundirse y en solución acuosa. Puntos de fusión y ebullición elevados Duros y quebradizos Los compuestos iónicos a menudo son solubles en disolventes polares que presentan constantes dieléctricas elevadas 11

12 Enlace iónico Un enlace iónico es simplemente la atracción electrostática entre un ion positivo ii y un ion negativo. Dos requisitos para su formación son la energía de ionización para dar lugar a un catión y la afinidad electrónica para dar lugar a un anión. 12

13 13

14 14

15 Estructuras cristalinas Cloruro de sodio Cloruro de cesio Cl Na Cl Cs 15

16 Arreglos más comunes de los cristales Estructura de sulfuro de zinc (blenda de zinc) Wurzita S Zn S Zn 16

17 Arreglos más comunes de los cristales Fluorita Rutilo F Ca O Ti 17

18 Características de los compuestos iónicos Los cristales de los compuestos iónicos son duros y frágiles 18

19 Enlace Iónico Na(s) + 1/2 Cl 2 (g) NaCl(s) + 19

20 r + - E at. = z + z 4πε o e r 2 20

21 + - Energ gía Poten ncial Total Repulsión r Atracción E at z + z e 2 =. 4 4πε r o 21

22 22

23 + z z e E = 2 r 4πε o r 3r r r 2r 2r Cristal Unidimensional 23

24 24

25 E = + z z e [ 2 4πε o r[ 6 r 25

26 E = + z z e [ 2 4πε o r[ 6 26

27 E = + z z e [ 2 4πε o r[ 6 r 2 27

28 E = + z z e [ 2 4πε o r[ 6 r 2 28

29 E = + z z e [ πε o r 2 29

30 E = + z z e [ πε o r 2 30

31 E = + z z e [ πε o r 2 3 r 3 31

32 = + e z z E 2 6 [ = 4πε o r E 6 [ A N 2 + r 4π e z NAz E 2 - ε + = 4π 0 r ε 32

33 33

34 Tipo de Celda Unidad Madelung, A Estructura NaCl CsCl CaF Blenda de Zinc (ZnS) Wurtzita (ZnS)

35 ial Potenci Repulsión E = rep N B r n Energía Total r Atracción E = NAz 4π + ε 0 z r - e 2 35

36 E = + N Az z e 4πε o r 2 N B + r n de dr 2 0 NAz + z e = nnb = 4πε r r n πε 0 B = Az + z e 2 r 4πε n 0 n 1 36

37 Número de Avogadro (6.02 x ) Constante de Madelung UE ret = - Carga del catión y del anión NAz + z e 2 1 4πε o r o 1 Distancia interiónica n Coeficiente i de Born Ecuación de Born-Landé 37

38 U + NAz z e + 1 U = Az z 1 1 = 1 4πεr r n n o o 2 n He 5 Ne 7 Ar 9 Kr 10 Xe 12 U en kj/mol r 0 en pm 38

39 NaCl U = Az + z 1 r o 1 n z + = 1 z - = -1 A = n = 9 r o = 282 pm U = 765 kj/mol 39

40 Ecuación de Kapustinskii Estructura N de iones (ν) Madelung, A A/ν NaCl CsCl Blenda de Zinc Wurtzita Fluorita Rutilo U = + NAz z e 4πε o r o n A = 0.88ν n = 9 40

41 U 1,39x 10 = r 5 r o Az + z 1 1 n U vz = r + +rr + z z + y z - son las cargas de los iones r radio de los iones (picómetros) r o r Na+ = 116 pm r Cl- = 167 pm U NaCl = 763 kj/mol 41

42 Na + Cl - Cl - Na E + 1 E 2 Energía 765 kj/mol NaCl 42

43 U NaCl (s) Na + (g) + Cl - (g) Ley de Hess 43

44 U NaCl (s) Na + (g) + Cl - (g) Na (s) + ½ Cl 2 (g) -ΔH f = ΔH sub + ½ Δ Cl-Cl + I Na + ½ AE Cl 44

45 Ciclo de Born-Haber Predijimos U = 765 kj/mol Na + (g) + Cl (g) EA = kj/mol I = 502 kj/mol Na + (g) + Cl - (g) Na (g) + Cl (g) Na (g) + 1/2 Cl 2 (g) ½ D = 121 kj/mol Na (s) + 1/2 Cl 2 (g) H sub = 108 kj/mol U=? -U H o fo =- 411kJ/mole NaCl (s) H fo = H sub o +1/2 D + I + EA + U - 411= (-354) + U U = 788 kj/mol 45

46 Compuesto U experimental U Born-Landé Diferencia (%) NaF ,6 NaCl NaBr NaI ,5 CsF ,5 CsCl CsI MgF ,5 46

47 Compuesto U experimental U Born-Landé Diferencia (%) AgF AgCl AgBr AgI

48 Los aniones y cationes se acomodan en estructuras tridimensionales que minimicen i i las repulsiones y maximicen las atracciones, y la forma depende de la relación entre el tamaño del anión y del catión 48

49 Formas de Empaque Si se consideran a los átomos e iones como esferas duras, se puede encontrar arreglos geométricos más eficientes que otros. 49

50 Ejemplo: Formas de Empaque Si 6 monedas del mismo tamaño se organizan para que queden lo más pegado una de otro, resulta en un número de coordinación de 6. Cuando el arreglo es en 3 dimensiones se obtienen unas formas empacadas típicas. 50

51 Empaquetamiento por capas Capa c Capa a Capa b Capa b Capa a Capa a 51

52 Estructuras generadas Empaque cúbico Empaque hexagonal 52

53 Arreglo de los iones Las formas de empaquetamiento son: los cationes (más pequeños) ocupan los huecos dejados por los aniones (más grandes). En consecuencia, los cationes generalmente se acomodan en los huecos tetraédricos t u octaédricos que forman los aniones

54 Relaciones de Radios La relación de radios da un valor límite cuando las esferas (átomos o iones) están muy cerca pero en la realidad los iones se separan pues no son estables cuando las nubes electrónicas de carga negativa se acercan Por ejemplo para determinar la relación en el cloruro de sodio Primero se calculan l los radios Con los radios se obtiene la relación 54

55 cuál es la relación entre el radio del anión y del catión o viceversa? r

56 - - 2r r- { 56

57 Relaciones de radios Ejemplos Para NaCl la relación es de con N.C. de 6 En CsCl la relación es de con N. C. 8 57

58 La relación de radios da un valor límite a la estabilidad de los empaques, ya que un valor mayor garantiza que los aniones no se toquen y permiten al catión ocupar el hueco en estructuras octaédricas. Los cationes más pequeños ocuparán los intersticios en estructuras tetraédricas con una relación r+/r- de (valor que se calcula de forma similar a la ya señalada). 58

59 En la siguiente tabla se presentan los valores límites que presentan las diferentes estructuras: r+/r- r-/r+ 59

60 60

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