Tema 5: El enlace iónico

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1 - - BIBLIOGRAFÍA: * Química. Cuso Univesitaio B.M. Mahan y R.J. Myes * Temas básicos de Química J. Mocillo * Fundamentos de Química Geneal J.L. Lozano y J.L. Vigata * Intoducción al Enlace Químico S. Tolosa * Química. La Ciencia Básica M.D. Reboias CONTENIDOS DEL TEMA: 5.. Intoducción del enlace químico 5.. Aspectos enegéticos del enlace iónico 5.3. Momento dipola del enlace y polaización 5.4. Sólidos iónicos 5.5. Caacteísticas de las sustancias que pesentan enlace iónico Repaso: Covalencia y electovalencia; fomulación INTRODUCCIÓN DEL ENLACE QUÍMICO El estudio del átomo es sólo un punto de patida que sive de base paa el estudio de unidades estuctuales de ango supeio, po ejemplo las moléculas. A difeencia de los átomos, que son sistemas monocénticos, todas las unidades estuctuales de ango supeio al átomo son sistemas policénticos. Estas entidades de ango supeio son, en geneal, las entidades vedadeamente epesentativas de la ealidad obsevable, ya que en condiciones no muy extemas los átomos no existen como átomos aislados; el único caso son las moléculas de gases nobles, donde las moléculas son los popios átomos aislados. Las entidades de ango supeio están fomadas po combinación de átomos; así podemos distingui: Elementos: Entidades fomadas po combinación de átomos de la misma especie; ejemplos: H, C, Na, Fe,... Compuestos: Entidades fomadas po combinación de átomos de dos o más especies distintas; ejemplos: H O, C 6 H 6, CO, HCN,... Estas entidades epesentativas de las sustancias químicas (a excepción de los gases nobles son sistemas policénticos polielectónicos de gado de complejidad vaiable. Estas unidades estuctuales pueden constitui: Unidades estuctuales discetas, dando luga a lo que se conoce como moléculas. La molécula se define como la patícula neuta más pequeña de una sustancia dada que posee sus popiedades químicas y es capaz de existi independientemente. Son las entidades epesentativas de todas las sustancias químicas en estado gaseoso (H, H O, C 6 H 6, CH 4, ClNa,..., de la gan mayoía de las sustancias en estado líquido (H, H O, C 6 H 6, CH 4,..., y de cietas sustancias inogánicas en estado sólido (H, H O,... y de muchas ogánicas en estado sólido (C 6 H 6, CH 4,...

2 - - Unidades estuctuales de extensión ilimitada, dando luga a lo que se conoce como edes cistalinas. Éstas son las entidades epesentativas de las sustancias que, en condiciones odinaias, existen como sólidos de elevado punto de fusión. Se tatan de edes cistalinas de sólidos de tipo metálico (Na, Fe,..., atómico (diamante C, cuazo SiO,... e iónico (ClNa, CaO,... Enlace químico es la unión que apaece ente átomos paa foma unidades de ango supeio, tales como moléculas o edes cistalinas. Desde mediados del siglo XIX han ido sugiendo divesas teoías paa explica el enlace químico, que han intentado esponde a divesas peguntas impescindibles paa compendelo en su totalidad: Po qué se foma un enlace? Po qué los difeentes elementos pesentan distinto númeo de enlace? Po qué los valoes de los paámetos moleculaes? Aspectos geométicos y enegéticos. Las teoías más sencillas paa explica el enlace químico se basan en la tendencia a adquii la configuación de capa de valencia de los gases nobles (He{s }, esto{ns p 6 }, debido a la estabilidad que pesentan éstos, que en condiciones nomales no eaccionan pesentándose como gases monoatómicos. La pasividad de los gases nobles a eacciona sugiee que sus configuaciones electónicas deben se más estables que las de otos elementos. * Kossel (96 popuso la Regla del Octeto : Los átomos al unise tienden a adquii las configuaciones de capa de valencia de los gases nobles mediante tansfeencia de electones. * Lewis (93 popone que dos átomos también pueden cumpli con la egla del octeto po compatición de paes de electones. Lewis popuso que la compatición de un pa electónico constituía un enlace químico. * La tendencia a la adquisición de la configuación de capa de valencia de gas noble, según Kossel, se satisface de difeente modo según los distintos elementos: Mediante pédida de electones: Son elementos cuyos átomos pesentan caácte metálico y bajos valoes de enegía de ionización; (ej.: alcalinos y alcalinotéeos. Tienden a foma cationes. Mediante adquisición de electones: Son elementos cuyos átomos pesentan caácte no metálico y elevados valoes de afinidad electónica; (ej.: familia del oxígeno y halógenos. Tienden a foma aniones.

3 - 3 - Ente estos iones de difeente caga (de átomos con electonegatividades muy difeentes suge el enlace iónico. * Otos átomos (de electonegatividades similaes enlazan ente sí compatiendo paes de electones, dando luga al enlace covalente. Posibles valencias de los elementos de los gupos pincipales del Sistema Peiódico G. G. G. 3 G. G. G. 6 G. 7 G. 8 e Peiodo H He Enlace iónico?, -? no Enlace covalente no o Peiodo Li Be B C N O F Ne Enlace iónico? no no 3-? - - no Enlace covalente? no Resto Peiodos Na Mg Al Si P S Cl A K Ca Ga Ge As Se B K Rb S In Sn Sb Te I Xe Cs Ra Tl Pb Bi Po At Rn Enlace iónico 3? no no - - no 3? Enlace covalente?? 3 4 3, 5, 4, 6, 3, 5, 7, 4, 6, 8 * La mayo pate de todo este desaollo teóico paa explica el enlace químico tuvo luga antes del desaollo de la mecánica cuántica, cuando el único modelo disponible paa compende el compotamiento de los electones en los átomos ea el del átomo de Boh. Este modelo epesentaba una imagen del movimiento electónico demasiado udimentaia paa pode explica convenientemente la fomación de un enlace covalente. Sólo la mecánica cuántica puede explica adecuadamente el compotamiento de los electones en los átomos y en las moléculas. Así, la Teoía del enlace químico se basa en la Mecánica Cuántica. * Paa compende el enlace químico es impescindible explica el poqué suge una atacción neta ente los núcleos. Uno de los pincipios que hay que aplica a las moléculas es el de la atacción culómbica ente los electones negativos y los núcleos positivos; esta atacción estaá compensada po la epulsión ente los núcleos y ente los popios electones de los distintos átomos que foman la molécula. Po lo tanto, paa compende el enlace químico es necesaio detemina cómo todas esas inteacciones culómbicas (de atacción y de epulsión dan luga a una atacción neta ente núcleos. La taea de los electones es apantalla ecípocamente los núcleos de los átomos enlazados paa que esulte una atacción neta.

4 - 4 - * En una pimea apoximación a los tipos de enlace apaecen claas difeencias, pudiéndose distingui dos tipos límite de enlace químico: Enlace iónico: Uno o más electones se tansfieen de un átomo electopositivo a oto electonegativo. La distancia ente los iones es suficientemente gande como paa que las funciones de onda electónicas de cada ión no solapen con las del oto; esultando una distibución esféica de caga alededo de cada núcleo. La inteacción culómbica neta ente todos los electones y el núcleo del catión (Na con todos los electones y el núcleo del anión (Cl - viene dada po la ley de Coulomb usando sólo las cagas netas de los dos iones fomados. Como ambos iones tienen cagas netas de signo opuesto, la inteacción neta es una atacción. Como esultado, los dos iones tienen meno enegía cuando están juntos (inteaccionando que cuando están sepaados, po lo que se poduce el enlace químico. Enlace covalente: En este tipo de enlace las funciones de onda electónicas de los dos átomos deben supeponese, paa que se fome enlace químico. Así habá electones que pueden descibise como compatidos po ambos átomos y que apantallan de foma ecípoca las cagas de los dos núcleos; a estos electones se les denomina electones de enlace. Paa descibi estos electones de enlace habá que conoce las posibles funciones de onda electónicas de las moléculas. Estos dos tipos límite de enlace (iónico y covalente paticipan a la vez, en mayo o meno gado, en casi todos los enlaces químicos eales, dando luga a una gadación de popiedades en los enlaces desde el enlace puo iónico hasta el puo covalente. * Además de estos dos tipos límite de enlace, existen otos tipos de enlaces más específicos y más o menos elacionados con los anteioes, como son: Enlace metálico. Enlace de hidógeno. Enlace (fuezas de van de Waals. Estos se veán en el Tema 7.

5 ASPECTOS ENERGÉTICOS DEL ENLACE IÓNICO Se ha comentado que el enlace iónico se * Cationes: (Metales poduce ente un elemento no metálico Los alcalinos (M Los alcalinotéeos menos el Be (M (electonegativo que da luga a un anión, y A veces los del gupo 3 menos B (M un elemento metálico (electopositivo que En algunos casos Sn y Pb (G. 4 (M da luga a un catión; entonces, ente el anión * Aniones: (No metales Los halógenos (X - y el catión se poduce una atacción Los del gupo 6 (X - electostática, dando luga al enlace iónico. En algunos casos N (G. 5 (X 3- El compotamiento de los electones se puede descibi, de foma apoximada, po las funciones de onda que desciben esos mismos electones cuando los iones no inteactúan ente ellos. Lo fundamental paa explica el enlace iónico es compende el poqué se poduce un balance enegético favoable paa su fomación. * Así, vamos a analiza los aspectos enegéticos del enlace iónico, examinando la enegía puesta en juego en la fomación de un sólido iónico modelo, como es el clouo sódico (NaCl, a pati de sus elementos constituyentes en sus fomas más estables en condiciones odinaias: Na( s Cl NaCl. ( ( s Este análisis enegético se puede plantea po dos posibles caminos: (A Tansfomación diecta: Na( s Cl( NaCl( s H f -390,4 kj/mol El calo puesto en juego en la eacción anteio se denomina calo de fomación, que puede definise como Enegía que se despende, o se absobe, al fomase un mol de un compuesto químico a pati de sus elementos constituyentes, estando todos ellos (el compuesto inclusive en el estado odinaio en que se encuentan a tempeatua y pesión ambientes. Mediante el análisis de esta tansfomación diecta se obseva que el poceso es exotémico (calo de fomación negativo indicando que el poducto esultante es de meno enegía que las sustancias iniciales, lo cual indica que la fomación del enlace iónico está favoecida enegéticamente, peo no se puede obtene ninguna infomación adicional. Po lo que es más inteesante el análisis enegético po el camino de tansfomación po etapas. (B Tansfomación po etapas: La tansfomación diecta se desglosa en una seie de etapas o tansfomaciones intemedias, paa un análisis más detallado:.- Fomación de átomos gaseosos: Na ( s Cl( Na( Cl( H 8,6 kj/mol

6 - 6 - Obtención de los átomos en estado gaseoso y monoatómico a pati de los estados odinaios de los elementos: Na Na E s(na 08,7 kj/mol (Enegía de sublimación ( s ( Cl( Cl( E D( Cl 9,9 kj/ (Enegía de disociación H E s ( Na ED( Cl 8,6 kj/mol Se obseva que es una etapa endotémica, po lo que no está favoecida enegéticamente..- Ionización de los átomos gaseosos: Na H 45,9 kj/mol ( Cl( Na( Cl( Obtención de los iones coespondientes en estado gaseoso a pati de los átomos neutos en estado gaseoso: Na I (Na 495,3 kj/mol (Enegía pimea de ionización ( Na( ( Cl ( Cl -A (Cl -349,5 kj/mol -(Afinidad electónica H I( Na A( Cl 45,9 kj/mol Se obseva que también es una etapa endotémica, como la etapa. La suma de ambas etapas, etapa : Na ( s Cl( Na( Cl( H H H 374, 5 kj/mol Este esultado nos indica que el simple hecho de que los átomos adquiean una configuación electónica extena de gas noble no justifica la fomación del enlace iónico. De hecho, no existe ninguna paeja de átomos fomadoes de enlace iónico, paa los que la enegía libeada en el poceso de captación electónica pueda compensa la enegía utilizada en el poceso de fomación del catión (A<<I. Esto indica que debe existi algún poceso adicional paa que el enlace esté enegéticamente favoecido. 3.- Atacción electostática ente los iones: Na H 3-583, kj/mol ( Cl( Na Cl( El acecamiento del pa iónico desde el infinito hasta la distancia de enlace da luga a una disminución de la enegía del sistema (poceso exotémico debido a que se poduce una inteacción electostática de tipo culómbico; esta disminución enegética no se poduce cuando se acecan átomos neutos (ve figua. La enegía paa el pa iónico cae ápidamente al acecase los iones incluso a distancias mucho mayoes que las de enlace, 9,5 Å I A 45,9 kjmol - Efecto de la atacción culómbica sobe el sistema Na Cl -. Se supone que la inteacción ente los átomos de Na y Cl es despeciable a estas gandes distancias.

7 - 7 - debido a la atacción culómbica ente ellos; esta disminución de enegía sigue la ley de q Coulomb: q 389, Z Z E kj mol. A pati de esta expesión se puede calcula 4πε ( Å 0 que la difeencia de enegía inicial en la figua (E45,9 kj/mol se anula cuando el pa iónico (Na, Cl - se acecan ente sí hasta una distancia de 9,5 Å. Esto significa que a cualquie distancia infeio a 9,5 Å el pa iónico se hace más estable (menos enegético que el pa atómico neuto. Se puede intepeta el modo de fomación de la siguiente manea: Si un átomo Na (g y oto Cl (g se apoximan ente sí hasta una distancia de 9,5 Å, se puede poduci un salto del electón del obital 3s del Na al Cl paa completa su obital 3p y fomase el pa iónico. En pincipio a esa distancia el pa iónico y el pa atómico son iguales en enegía, peo una vez fomados los iones si se siguen acecando se ven enegéticamente favoecidos y se foma el enlace iónico dando luga a la molécula de NaCl (g. A medida que la distancia ente los iones disminuye la atacción culómbica sigue siendo la dominante y estabiliza más al sistema. Sin embago, los iones no se acecan infinitamente, si no que a distancias cecanas a la supeposición de las funciones de onda electónicas de los iones se pesenta un gan aumento de una inteacción epulsiva. Así, la ecuación de la enegía total ealmente combina un témino atactivo, pedominante a distancias gandes y elativamente cotas, y oto epulsivo, que pedomina a distancias muy cotas: E E E T atacc epuls Cuva de enegía potencial paa la fomación de un pa iónico con iones infinitamente sepaados. E T e E e Paa la fomación de NaCl a pati de Na y Cl - : 389, 5 E T ( kj / mol (5,7 0 e 0 ( A,36Å E 583, kj mol Apaece un mínimo de enegía, que coesponde a la enegía de enlace, E e, a una distancia denominada distancia de enlace, e. Podemos ve que no sólo la etapa 3 es exotémica, sino también la suma de las dos etapas endotémicas anteioes: etapa 3 : Na( s Cl( NaCl( H T H H H 3 08, 6 kj/mol Es deci, el poceso total es favoable enegéticamente, siendo más estable la molécula NaCl (g que los elementos constituyentes y, po tanto, se poduce el enlace iónico. Se e e 0 3,8 ( A

8 - 8 - puede conclui que la fomación de este enlace se debe a la apaición de una inteacción electostática atactiva ente el pa iónico. * Hay que esalta el hecho de que, si bien la molécula NaCl (g es estable, en condiciones odinaias el clouo sódico se pesenta fomando edes cistalinas sólidas en vez de fomando moléculas gaseosas aisladas. La azón de este hecho es que, si bien el enlace de un ión Na con ión Cl - implica un impotante descenso de la enegía potencial del sistema, en el seno de una ed iónica un catión inteacciona con todos los aniones pesentes en la ed (aunque no con igual intensidad y vicevesa; esta unión genealizada detemina un descenso de la enegía potencial del sistema aún mayo que en el caso aislado. Así podemos sustitui la etapa 3 po: 3.- Fomación de la ed cistalina: Na H 3-764,9 kj/mol ( Cl( Na Cl( s El calo despendido en esta etapa, se denomina Enegía eticula o de ed, U 0, y se define como: Enegía que se libea cuando el númeo adecuado de aniones y cationes en estado gaseoso condensan paa foma un mol del compuesto iónico en estado sólido. El poceso global, que constituye la suma de las etapas, y 3 nos da como esultado: Na( s Cl( NaCl( s H T H H H 3 390, 4 kj/mol Se obseva que H T es más negativo que H T, lo que indica que la ed cistalina paa el NaCl (y paa cualquie compuesto con enlace iónico es un estado enegético más estable que el estado de moléculas gaseosas, po lo que el NaCl en condiciones odinaias se pesenta como un sólido iónico. Las moléculas NaCl (g sólo existen a muy bajas pesiones. Los valoes de las enegías eticulaes son siempe negativos. En la siguiente tabla se Valoes absolutos de enegía eticula (-U 0 de los haluos de metales alcalinos y de los óxidos y sulfuos de metales alcalinotéeos, muestan las enegías eticulaes (valoes calculados mediante el ciclo de Bon-Habe absolutos de deteminados compuestos (kcal/mol. iónicos. Se obseva que el valo absoluto de F - Cl - B - I - Li U 0 aumenta: Na Fundamentalmente cuando aumenta la K Rb caga neta de los iones. Cs Paa un mismo ión, a igual caga neta, a O - S - medida que disminuye el tamaño del Be coespondiente contaión, debido a que Mg Ca la distancia ente iones disminuye y la S fueza de atacción se hace más intensa. Ba

9 - 9 - * Resalta el hecho de que la suma de las enegías de las etapas, y 3 dan el mismo valo que el calo de fomación, es deci que la enegía puesta en juego en la tansfomación diecta, discutida al pincipio del apatado. Este hecho se basa en el pime pincipio de la temodinámica, pudiéndose establece un ciclo ceado paa la fomación de un compuesto iónico a pati de sus constituyentes, que se denomina ciclo de Bon-Habe, y se fundamenta en que la enegía puesta en juego paa foma un mol de un compuesto iónico en estado sólido a pati de sus elementos constituyentes en sus estados odinaios es independiente de que el poceso tenga luga en una o en vaias etapas. A pati de este ciclo se pueden obtene magnitudes no accesibles expeimentalmente, como suele se el caso de la afinidad electónica. H f(nacl N a (s Cl (g NaCl (s E s(na E s(na 0,5 E D(Cl D(Cl CICLO DE BORN-HABER U 0(NaCl N a (g Cl (g Na (g Cl - (g I (Na - A (C l MOMENTO DIPOLAR DEL ENLACE Y POLARIZACIÓN * Momento dipola: En electostática, al sistema fomado po dos cagas iguales y de signos opuestos (q y q - sepaadas po una distancia muy pequeña ( se le denomina dipolo eléctico. A todo dipolo q q - - µ eléctico se le asocia un vecto momento dipola, µ : q µ, donde es el vecto desplazamiento oientado de la caga negativa a la positiva a lo lago de la línea que une ambas cagas. La unidad en el Sistema Intenacional es: C m, y en el Sistema Cegesimal: statc cm. Sin embago paa los valoes de los momentos dipolaes en moléculas es más fecuente utiliza el Debye: D 0-8 statc cm 3, C m. Así, paa un dipolo eléctico fomado po dos cagas iguales a la del electón y de signo opuesto y sepaadas po Å, el momento dipola valdá: µ 4,8 D. Siempe que exista una sepaación de cagas se va a cea un dipolo eléctico y, como consecuencia, la apaición de un momento dipola. * En los átomos aislados la distibución de caga electónica es esféica y centada en el núcleo cuando se pomedia tempoalmente, po lo que el cento de masa de los electones coincide con el núcleo y po tanto el pomedio tempoal del momento dipola del átomo es ceo. Es impotante indica que si se toma la distibución instantánea (en un momento dado hay una sepaación de ambos centos de cagas poduciéndose lo que se denomina un

10 - 0 - momento dipola instantáneo; éste es difeente del anteiomente efeido que suele denominase momento dipola pemanente (o también sólo momento dipola. * En las moléculas en las que existe sepaación de cagas (ej.: HCl su momento dipola pemanente es no nulo, y se dice que son moléculas polaes; en caso contaio (ej.: H no existiá momento dipola pemanente y se dice que son moléculas apolaes. * Cuando se habla de moléculas hay que distingui ente momento dipola de enlace y momento dipola de molécula. Momento dipola de enlace: Es el que se puede cea ente los dos átomos que foman el enlace. El valo de este momento aumenta al aumenta la difeencia de electonegatividades ente los dos átomos del enlace. Enlace µ (D Enlace µ (D H F,98 H O,5 H Cl,04 H N,3 H B 0,79 H C 0,4 H I 0,38 Momento dipola de molécula: Es el que se puede cea ente todos los átomos que foman la molécula. En pimea apoximación este momento puede obtenese haciendo la suma vectoial de los momentos de enlace existentes en la molécula. También habá que tene en cuenta los posibles efectos de paes electónicos no compatidos. * La polaidad de los enlaces de una molécula es una condición necesaia, peo no suficiente, paa que la molécula sea pola. La polaidad global de una molécula, en el supuesto que sus enlaces sean polaes, viene condicionada solamente po su geometía. Así, el momento dipola total de una molécula pemite obtene conclusiones sobe la geometía de dicha molécula. Se pesentan divesos casos: Momentos dipolaes y geometía molecula. (A, X y C tienen difeentes electonegatividades Molécula Estuctua µ de la molécula Ejemplo A Lineal Nulo N, O AX Lineal Finito HF, ICl AX Lineal Nulo CO AX Angula Finito H O, SO AXC Lineal Finito HCN AX 3 Tiangula plana Nulo BF 3 AX 3 Piamidal Finito NH 3 AX 3 Foma de T Finito BF 3 AX 4 Tetaedo egula Nulo CCl 4 AX 4 Cuadada plana Nulo PtCl 4 AX 4 Tetaedo iegula Finito TeCl 4 AX 5 Bipiamidal tigonal Nulo Fe(CO 5 AX 5 Piámide cuadada Finito IF 5 AX 6 Octaedo egula Nulo SF 6 AX 7 Bipiámide pentagonal Nulo IF 7

11 - - * El momento dipola de un enlace pemite detemina el caácte iónico del mismo, a pati de la siguiente expesión: % iónico µ exp eimental µ teóico paa enlace iónico Este caácte iónico depende fundamentalmente de la difeencia de electonegatividad ente los átomos que foman el enlace. * Polaización y polaizabilidad: En todos los átomos y moléculas puede povocase la apaición de un momento dipola inducido po la acción de un campo eléctico exteno. Bajo la influencia de este campo eléctico se poduce un desplazamiento µ de las nubes electónicas, con la e - E ind δ exteno _ - δ _ consiguiente sepaación de cagas y e - fomación de un dipolo eléctico inducido, con su µ inducido asociado. µ 0 E ext Este momento inducido tendá la misma diección y sentido que el campo eléctico: µ α E, donde α es una constante de popocionalidad que depende de la natualeza ind de la molécula o átomo y se denomina polaizabilidad, pesenta unidades de volumen (m 3. La polaizabilidad indica la mayo o meno facilidad que tiene la nube electónica de una molécula (o átomo paa polaizase bajo la acción de un campo eléctico exteno. * Polaización en un enlace iónico: Al medi el momento dipola paa la molécula de NaCl se obtiene un valo expeimental (µ exp 9 D que es un 0,5% meno que el valo espeado al supone un enlace iónico puo paa una distancia de enlace e,36 Å; al calcula el momento dipola teóico, µ teo, se obtiene un valo de,33 D y así el % iónico seá de 79,5 %. La explicación de que el enlace no sea 00% iónico es la apaición de un momento dipola inducido po la acción del catión Na sobe la nube electónica del anión Cl -, que se polaiza. La polaización del Cl - conduce a un aumento del númeo de electones ente ambos núcleos, lo cual equivale a deci que se poduce una compatición de electones, con lo que apaece cieto caácte de covalencia en el enlace, dejando de se iónico puo. A mayo polaización de un enlace iónico, meno caácte iónico pesenta dicho enlace. E δ µ µ ind Na teo Cl - µ exp δ Efecto de la polaización del ión más gande, Cl -, po el ión más pequeño, Na. La egión sombeada indica la caga negativa desplazada hacia el ión Na. El momento dipola disminuye poque la mitad deecha del ión Cl - es más positiva (δ que la izquieda (δ - debido a la polaización poducida.

12 - - Así, el HCl se considea un enlace covalente; una de las azones es que el H es el catión más pequeño que existe, po lo que poduce una polaización muy gande sobe la nube electónica del Cl -, povocando un momento dipola inducido gande y una alta compatición de electones ente ambos núcleos, lo que da luga a un caácte pedominantemente covalente a dicho enlace. El modelo iónico explica muchas de las caacteísticas del enlace NaCl, y sólo es necesaio intoduci la covalencia o polaización paa alcanza una alta coincidencia ente la teoía y la expeimentación SÓLIDOS IÓNICOS Los pimeos datos expeimentales que establecieon el modelo del enlace iónico pocedían del examen de las estuctuas de los coespondientes sólidos. Usando ayos X paa detemina estas estuctuas, los químicos establecieon que las estuctuas de compuestos iónicos (como NaCl, CsCl, CaO,... podían explicase po la acumulación de iones de un signo alededo de los iones de signo opuesto. Este modelo paa explica las estuctuas sólidas de los compuestos iónicos (sólidos iónicos considea a los iones como esfeas cagadas, cada una con un adio deteminado (adio iónico. Se supone que estas esfeas están en contacto, apilándose ente sí de foma que se obtenga un potencial culómbico mínimo, donde se maximicen las fuezas atactivas ente iones de signo opuesto y se minimicen las fuezas epulsivas ente iones del mismo signo. Así se fomaán estuctuas en las que en tono a un ión dado se disponen, tangencialmente al mismo, el mayo númeo posible de iones de caga opuesta y de la foma más simética posible. La ed cistalina de un sólido iónico viene caacteizada po el númeo de aniones que pueden disponese como máximo en íntimo contacto en tono al catión (índice de coodinación del catión y vicevesa (IC del anión. * La estuctua de cada ed cistalina viene deteminada fundamentalmente po la estequiometía del compuesto (deivada de la condición de electoneutalidad y po factoes de tipo geomético, ente los que esulta deteminante la elación de los adios iónicos ( /.

13 - 3 - Paa compuestos iónicos de estequiometía AB caben tes disposiciones tidimensionales en las que los cationes se alojan exactamente en los huecos que dejan ente sí los aniones que los odean y vicevesa: Estuctua cúbica: Pesenta índice de coodinación del catión y del anión 8:8. El compuesto modelo es el CsCl. Los valoes límite teóicos de la elación de adios iónicos paa este tipo de estuctua es: > / - > 0,73. D D D D ( ( ( ( 4( 3 ( ( 3 3 0,73 IC 8:8 > / - > 0,73 Cl Cs Si / - < 0,73, los 8 aniones pieden el contacto íntimo con el catión cental y comienzan a domina las fuezas de epulsión ente los iones del mismo signo, con lo que se desestabiliza la estuctua y se tiende a ota nueva en la que el catión se odee po un meno númeo de aniones peo en contacto íntimo, paa que las fuezas de epulsión vuelvan a disminui en intensidad con especto a las atactivas. D D Estuctua octaédica: El compuesto modelo es el NaCl. IC 6:6 0,73 > / - > 0,44 ( ( ( ( 0,44 Si / - < 0,44, los 6 aniones pieden contacto con el catión cental, con lo que se tiende a una estuctua con índice de coodinación infeio. IC 4:4 Estuctua tetaédica: El compuesto modelo es el SZn. 0,44 > / - > 0,5 ( ( b ( l b l 3 b l l l ( ( 4 4 ( l l l 3 ( 3 l - 3 0,5

14 - 4 - Se obseva que a medida que la esfea intena (ión cental se va haciendo cada vez más pequeña con especto a los contaiones, el númeo de esfeas que pueden toca a la intena (índice de coodinación disminuye. Relación de adios iónicos y estuctuas de algunos Los datos teóicos sólidos iónicos de estequiometía AB (valoes límite de / - de las Estuctua tipo Estuctua tipo Estuctua tipo estuctuas que se están CsCl NaCl ZnS (blenda Sustancia / - Sustancia / - Sustancia / - consideando tienen un valo TlI 0,67 NaI 0,43 BeS 0,0 solo oientativo, ya que el TlB 0,77 NaCl 0,53 CuI 0,43 CsI 0,77 KI 0,6 ZnS 0,47 tatamiento ealizado es muy TlCl 0,83 KB 0,68 CuB 0,50 supeficial y en él se han CsB 0,83 RbCl 0,69 CuCl 0,5 CsCl 0,9 KCl 0,73 supimido factoes que RbB 0,76 pueden tene gan influencia, RbCl 0,8 KF 0,98 como: el cambio del adio RbF,08 (0,93 iónico con el índice de CsF,3 (0,8 coodinación, posibles efectos de polaización, etc. Podemos evalua la bondad del análisis efectuado obsevando los datos de la tabla, donde se obsevan también desviaciones eales, que pueden debese a los factoes que se han apuntado anteiomente. Como se obseva en la tabla, en algunos casos / - >, en esos casos se considea el valo inveso (de - /, que esulta lo mismo estuctualmente, ya que los sitios ocupados po los cationes son análogos a los de los aniones. Paa compuestos iónicos de estequiometía AB las estuctuas más comunes son: Estuctua tipo fluoita: Cada catión se odea de 8 aniones y cada anión de 4 cationes, con lo que la electoneutalidad se mantiene. IC 8:4 / - > 0,73 - Estuctua tipo utilo: Cada catión se odea de 6 aniones y cada anión de 3 cationes. Ti 4 O - IC 6:3 / - < 0,73

15 CARACTERÍSTICAS DE LAS SUSTANCIAS QUE PRESENTAN ENLACE IÓNICO * La gan mayoía de las caacteísticas que pesentan los compuestos iónicos se deben a la elevada enegía del enlace iónico (fundamentalmente de la enegía eticula. * Las popiedades más impotantes son: Todos los compuestos iónicos son sólidos a tempeatua ambiente, debido a la elevada enegía eticula. Pesentan alta dueza (esistencia a se ayados, ya que paa aya el cistal iónico hay que ompe muchos enlaces de bastante enegía. La dueza aumenta con el valo absoluto de la enegía eticula. Son sólidos fágiles, es deci, se ompen con facilidad cuando se petende defomalos mediante fuezas tangenciales; esto es debido a las intensas fuezas epulsivas que se oiginan ente iones del mismo signo al poducise pequeñas dislocaciones en la distibución de los iones en la ed cistalina. Pesentan elevados puntos de fusión, debido a las intensas fuezas electostáticas pesentes en el sólido; a mayo valo absoluto de la enegía de ed mayo tempeatua de fusión. Los puntos de ebullición también son elevados, siendo sustancias poco volátiles, ya que los iones pesisten en la masa fundida y, po tanto, las fuezas electostáticas siguen siendo intensas (pese a su movilidad elativa. Son malos conductoes de la electicidad en estado sólido, debido a que los iones no pueden desplazase en la ed cistalina. En estado fundido y en disolución son buenos conductoes de la electicidad, ya que cuando la ed cistalina se funde o se disuelve en líquidos polaes los iones quedan libes paa movese y, así, pueden conduci la electicidad po conducción iónica. Son muy solubles en disolventes polaes, como el agua, debido a que las fuezas de atacción ente iones se ven muy debilitadas po la alta constante dieléctica que pesentan los disolventes polaes (ε agua 80ε 0.