Sólidos Iónicos El enlace Iónico (1)
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- Alberto Olivares Benítez
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1 1 Sólidos Iónicos El enlace Iónico (1)
2 2 * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, Capítulo 4. * Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, Capítulo 5. * Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander. J., Problems for Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, Capítulo 5. * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, Capítulo 14. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, Capítulo 3. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, Capítulo 4. * Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, Capítulo 6. Traducción española de la 2ª Ed., Pearson Prentice Hall, Capítulo 5. * Atkins, P.; Overton, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F., (Shriver-Atkins) Inorganic Chemistry, 4ª Ed., Oxford University Press, Traducción española de la 4ª Ed., McGraw-Hill Interamericana, Capítulo 3. * Rodgers, G. E., Introduction to Coordination, Solid-state and Descriptive Inorganic Chemistry, McGraw- Hill, Traducción española:, Introducción a la Química de Coordinación, del Estado Sólido y Descriptiva, McGraw-Hill, Capítulo 7 y 8.
3 3 Compuestos iónicos Propiedades diferentes de los covalentes. Propiedades relacionadas con la estructura cristalina, la presencia de dos tipos de partículas, y las interacciones existentes entre ellas. 1) Muy baja o nula conductividad en estado sólido. Abribuida a la presencia de partículas con carga eléctrica, pero ocupando posiciones fijas y con una movilidad muy restringida. Conductores en disolución o fundidos. Forma iones con total libertad de movimiento. No implica su existencia en sólido. 2) Puntos de fusión y ebullición elevados. Interacciones iónicas fuertes y omnidireccionales. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 92. * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 298.
4 4 Compuestos iónicos Propiedades diferentes de los covalentes. Propiedades relacionadas con la estructura cristalina, la presencia de dos tipos de partículas, y las interacciones existentes entre ellas. 3) Compuestos muy duros, pero muy frágiles Interacciones iónicas fuertes y omnidireccionales. Interacciones atractivas y repulsivas. Kotz, J. C.; Treichel, P. M., Química y Reactividad Química, 5ª Ed., Thomson Paraninfo, 2003, pp 95. 4) Solubles en disolventes polares. E = q + q 4 r Polaridad disolvente,, 1/, E, atracción Efecto de la solvatación (Ión Dipolo) Vacío o = 8, C 2 m 1 J 1 H 2 O = 7, C 2 m 1 J 1 = 82 o MeCN = 2, C 2 m 1 J 1 = 33 o NH 3 = 2, C 2 m 1 J 1 = 25 o * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 92. * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 298.
5 5 Compuestos iónicos: Elementos con gran diferencia de electronegatividad. Elementos metálicos muy activos (M + ) P.I. Favorables Elementos no metálicos muy activos (X ) A.E. * Atomos capaces de perder 1-2 electrones (raramente 3) Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, * Atomos capaces de ganar 1-2 electrones (casi nunca 3) F, Cl, Br, O, S, Se, * Cationes de los metales más activos: Grupo 1 (Li, Na, ) 2 (Be, Mg, ) y parte del 13 (Ga, In) Algunos metales de transición en estados de oxidación bajos Sn 2+, Pb 2+ (n s 2 ) Cu 2 2+, Ag +, Au +, Zn 2+, Cd 2+, Hg 2+ (n-1 d 10 ), Fe 3+, Mn 2+ (n-1 d 5 ) P.I. Endotérmicos, pequeños en valor absoluto. * Aniones de los no metales más activos: Grupo 17 (F, Cl, ) 16 (O, S, ) y el N Oxidación / Reducción * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 92. * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 298.
6 6 Iónico puro, Electrones localizados enteramente en los aniones Sin delocalización electrónica (metálico) Sin compartición electrónica (covalente) Nº Coord max. 8 menos compactos que los metales menos densos que los metales Menos elásticos No mecanizables Sólidos Iónicos: NO existen moléculas discretas Químicamente Iones y átomos de procedencia son cosas radicalmente distintas Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Metal reacciona violentamente con el agua dando NaOH Reductor color metálico Na + : 1s 2 2s 2 2p 6 Catión soluble en agua poco reactivo incoloro Na + F Mg 2+ O 2 Na + Mg 2+ 1s 2 2s 2 2p 6 F O 2 1s 2 2s 2 2p 6 Isomórficos * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 92. * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 298.
7 Estructuras Cristalinas 7 Estructura cristalina iónica, inherente al estado sólido. Se trata de acomodar dos tipos de partícula en una estructura cristalina siguiendo ciertas reglas: 1) Cada catión debe rodearse del máximo número posible de aniones (número de coordinación del catión) y cada anión debe rodearse del máximo número posible de cationes (número de coordinación del anión). 2) La separación entre iones de igual signo debe ser la máxima posible (minimizar repulsiones) al tiempo que la separación entre iones de distinto signo deber ser la mínima posible (maximizar atracciones). 3) Debe respetarse la neutralidad eléctrica de la estructura, la proporción de aniones y cationes debe ser la correspondiente a la estequiometría del compuesto. Sólidos Iónicos: Su fórmula química nos indica la proporción en que participan aniones y cationes en la estructura cristalina resultante Unidades fórmula SI Moléculas discretas NO Modelo de empaquetamiento de aniones Radio del anión r Radio hueco Td 0,225 r Radio hueco Oh 0,414 r * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
8 8 Tipos de Redes Cationes en huecos Octaédricos Red Tipo NaCl Empaquetamiento Cúbico Compacto de Aniones Cationes ocupando todos los huecos Oh Nº coordinación anión 6 Nº coordinación catión 6 Coordinación 6:6 Gillespie, R. J.; Popelier, P. L. A., Chemical Bonding and Molecular Geometry, Oxford University Press, 2001, pp 9. 4 Unidades fórmula en la celda unidad Fig - 84 Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 56. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, pp 165. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
9 9 Tipos de Redes Cationes en huecos Octaédricos Red Tipo NaCl Empaquetamiento Cúbico Compacto de Aniones NaN 3 Cationes ocupando todos los huecos Oh Nº coordinación anión 6 Fig - 87 Nº coordinación catión 6 Coordinación 6:6 Fig - 86 Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 213. Atkins, P.; Overton, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F., Traducción española de la 4ª Ed., McGraw-Hill Interamericana, 2008, pp 85. Fig - 85 * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
10 10 Tipos de Redes Cationes en huecos Octaédricos Red Tipo NaCl Empaquetamiento Cúbico Compacto de Aniones Cationes ocupando todos los huecos Oh Nº coordinación anión 6 Nº coordinación catión 6 Coordinación 6:6 Fig - 88 Fig - 89 Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 213. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
11 11 Tipos de Redes Cationes en huecos Octaédricos Red Tipo NiAs Empaquetamiento Hexagonal Compacto de Aniones Cationes ocupando todos los huecos Oh Nº coordinación anión 6 Nº coordinación catión 6 Coordinación 6:6 4 Unidades fórmula en la celda unidad Fig - 90 Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 207. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
12 12 Tipos de Redes Cationes en huecos Octaédricos Red Tipo Rutilo, TiO 2 Empaquetamiento Hexagonal Compacto de Aniones Cationes ocupando la mitad de los huecos Oh Nº coordinación anión 3 Nº coordinación catión Ti 4+ 6 Coordinación 3:6 2 Unidades fórmula en la celda unidad Fig - 91 Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 56. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, pp 170. Atkins, P.; Overton, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F., Traducción española de la 4ª Ed., McGraw-Hill Interamericana, 2008, pp 88. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
13 13 Tipos de Redes Cationes en huecos Octaédricos Red Tipo Perovskita, CaTiO 3 Empaquetamiento Cúbico Compacto de O 2 (caras) y Ca 2+ Vértices Catión Ti 4+ ocupando 1/4 de los huecos Oh Nº coordinación catión Ti 4+ : 6 O 2, 8 Ca 2+ Nº coordinación catión Ca 2+ : 6 Ca 2+, 12 O 2, 8 Ti 4+ 1 Unidad fórmula en la celda unidad Fig - 92 Fig - 93 Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 209. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
14 14 Tipos de Redes Cationes en huecos Tetraédricos Red Tipo Blenda, ZnS Empaquetamiento Cúbico Compacto de Aniones Cationes ocupando la mitad de los huecos Td Nº coordinación anión 4 Nº coordinación catión 4 Coordinación 4:4 Atkins, P.; Overton, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F., Traducción española de la 4ª Ed., McGraw-Hill Interamericana, 2008, pp Unidades fórmula en la celda unidad Fig - 95 Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 56. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, pp 168. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
15 15 Tipos de Redes Cationes en huecos Tetraédricos Red Tipo Wurtzita, ZnS Empaquetamiento Hexagonal Compacto de Aniones Cationes ocupando la mitad de los huecos Td Nº coordinación anión 4 Nº coordinación catión 4 Coordinación 4:4 8 Unidades fórmula en la celda unidad Fig - 94 Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 56. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, pp 170. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
16 16 Tipos de Redes Cationes en huecos Tetraédricos Red Tipo Fluorita, CaF 2 Empaquetamiento Cúbico Compacto de Cationes Aniones ocupando todos los huecos Td Nº coordinación anión 4 Nº coordinación catión 8 Coordinación 4:8 Atkins, P.; Overton, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F., Traducción española de la 4ª Ed., McGraw-Hill Interamericana, 2008, pp Unidades fórmula en la celda unidad Fig - 96 Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 56. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, pp 168. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
17 17 Tipos de Redes Cationes en huecos Tetraédricos Red Tipo anti-fluorita, M 2 X Empaquetamiento Cúbico Compacto de Aniones Cationes ocupando todos los huecos Td Nº coordinación catión 4 Nº coordinación anión 8 Coordinación 8:4 4 Unidades fórmula en la celda unidad Fig - 97 Fig - 98 Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 315. Fig - 99 Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 210. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
18 18 Tipos de Redes Cationes en huecos Tetraédricos Red Tipo PtS Empaquetamiento Cúbico Compacto de Pt 2+ S 2 ocupando la mitad de los huecos Td Nº coordinación catión Pt 2+ 4 plano cuadrado Nº coordinación anión S 2 4 tetraédrico Coordinación 4:4 Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 210. Fig Unidades fórmula en la celda unidad * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
19 19 Tipos de Redes Cationes en huecos Red Tipo BiF 3 Empaquetamiento Cúbico Compacto de Bi 3+ /C 3 60 F /K + ocupando todos los huecos Td y Oh 4 Unidades fórmula en la celda unidad Fig Atkins, P.; Overton, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F., Traducción española de la 4ª Ed., McGraw-Hill Interamericana, 2008, pp 322 y 637. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
20 20 Tipos de Redes Cationes en huecos Red Tipo CsCl Empaquetamiento Cúbico Simple de aniones Cl Cationes Cs + ocupando el centro del cubo Nº coordinación catión 8 Nº coordinación anión 8 Coordinación 8:8 1 Unidad fórmula en la celda unidad Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, pp 168. Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 56. Fig * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
21 21 Tipos de Redes Cationes en huecos Red Tipo CdI 2 Empaquetamiento Hexagonal Compacto de aniones I Fig Cationes Cd 2+ ocupando la mitad de los huecos Oh por capas alternas Atkins, P.; Overton, T.; Rourke, J.; Weller, M.; Armstrong, F., Traducción española de la 4ª Ed., McGraw-Hill Interamericana, 2008, pp 450. Red Tipo PdCl 2 Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, pp 170. Cationes Pd 2+ ocupando la mitad de los huecos Td por capas alternas Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 219. Fig * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
22 22 Tipos de Redes Cationes en huecos Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, 1994, pp 222. Fig * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
23 23 Tipos de Redes Cationes en huecos Fig Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 315. * Gutiérrez Ríos, E,, 2ª Ed. Reverté, 1984, pp 55.
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