Material complementario semana 9 - Eva

Curso de Química I, Química General y Química
Enlace Químico (Parte 3)
Material complementario – PRÁCTICO
CTICO 13
Enlace Iónico
Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la
izquierda en la tabla periódica -períodos
períodos 1, 2 y 3) se encuentran formando enlaces con átomos no metálicos
(los elementos situados a la derecha en la tabla periódica,
periódica, especialmente los grupos 16 y 17).
En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones
positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas
eléctricas
icas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico.
No existe un enlace direccional predominante, sino que cada uno de los átomos se considera enlazado al
resto del cristal. La Figura 1 muestra un ejemplo de celda unidad para un sólido bidimensional. Las dos
unidades que aparecen sombreadas representan sendas celdas unidades, ya que su traslado a lo largo del
plano conduce a la formación de la red. Sin embargo, suele emplearse como celda unidad aquella de más
alta simetría y de menor
enor tamaño, lo que en este caso sucede para (a).
Figura 1
Muchas de las estructuras pueden considerarse constituidas por redes formadas por iones positivos y
negativos en las que se maximizan las fuerzas atractivas entre iones de signos opuestos
opues
y se minimizan las
fuerzas repulsivas entre iones de la misma carga. Cada ión de un signo está rodeado de 6 iones de signo
contrario, por lo que el número de coordinación del catión y del anión en este tipo de estructura de 6. Se
dice que la estructura presenta coordinación (6,6), donde el primer dígito representa el número de
coordinación del catión y el segundo el del anión. Los seis iones de signo contrario que rodean a un ión
central se disponen en forma octaédrica. Este tipo de estructura es adoptada
adoptada por la mayoría de los haluros
alcalinos.
La energía reticular (energía de red, U), de un sólido iónico se define como la energía necesaria para
disociar un mol del compuesto sólido iónico en sus iones en estado gaseoso. Para el caso del NaCl se
define
e como la variación de energía involucrada en la reacción:
+
-
NaCl(s) → Na (g) + Cl (g)
La energía reticular es siempre positiva (es necesario un aporte energético exterior para estos procesos); y
es igual, pero de signo contrario, que la energía que se libera al colapsar la nube de
d iones para formar el
sólido
Como siempre en termodinámica, la energía reticular debe definirse en condiciones estándar de todos los
reactivos y productos de la reacción (fase estable a 1 atm de presión y a 25 ºC)
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Kapustinskii, señaló que si las constantes de Madelung para una serie de compuestos iónicos con
diferentes estructuras, se dividen por el número de iones en su unidad de fórmula, los valores son
prácticamente constantes, que le llevó a proponer una ecuación general para
para la energía de red, lo que
podría ser aplicado a cualquier compuesto iónico, independientemente de su estructura.
Siendo z+ y z- la carga del catión y del anión respectivamente, r+ y r- son radio del catión y del anión
respectivamente y ν el número de iones en la fórmula molecular.
El ciclo de Born-Haber
Permite determinar de manera indirecta la energía reticular de un compuesto iónico. El ciclo está basado en
el primer principio de la Termodinámica,
Termodinámica Ley de Hess, que afirma que el calor desprendido o absorbido en
una reacción química es el mismo tanto si se realiza en una sola etapa como si se realiza en varias. Dicho
de otra manera, ell cálculo de la energía de red se realiza de manera teórica mediante la aplicación del
CICLO DE BORN – HABER basado en que es posible llegar a la formación de un cristal iónico por dos
caminos distintos:
•
Por la unión directa de los elementos, desprendiéndose el correspondiente calor
c
de formación del
compuesto
•
Por un camino indirecto que mediante la realización de los siguientes pasos:
Sublimación del metal (S)
Disociación del no metal (D)
Ionización de ambos elementos
Atracción de los iones para formar el compuesto
z+
x+
La formación de iones M (g) y X (g
g) es un proceso endotérmico (∆H>0).
Cuando los iones se empaquetan en
en la red se desprende gran energía, Energía de red, lo que hace el
proceso global espontáneo, exotérmico ∆H<0.
•
El ciclo de Born-Haber
Haber es un ciclo termodinámico que incluye todas las etapa individuales del proceso
de formación de NaCl(s)
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Propiedades atómicas y Tabla Periódica
•
Electronegatividad (EN): Habilidad relativa de un átomo enlazado para atraer los electrones
compartidos en el enlace
•
Afinidad electrónica (o electroafinidad, AE): Es el cambio de energía que acompaña la adición de un
mol de electrones a 1 mol de átomos o iones gaseosos
-
–
Átomo (g) + e → ion (g)
∆E = AE1
•
Energía de ionización: Energía requerida para la remoción completa de un mol de electrones de un mol
de átomos o iones gaseosos
+
-
Átomo (g) → ion (g) + e
∆E = EI
Enlace de tránsito
•
Enlace covalente, y polaridad del enlace: En un enlace formado por átomos con diferentes
electronegatividades, el par de electrones enlazante se comparte de manera desigual. De modo que el
enlace tiene polos, uno parcialmente positivo y el otro parcialmente negativo. A este tipo de enlace se lo
conoce como enlace covalente polar. Se representa con un vector que apunta hacia el polo negativo.
+→H──F
o
δ(+) δ(-)
H──F
Para determinar la polaridad de un enlace hay que tener en cuenta la fuerza relativa con la que los
electrones del enlace son atraídos hacia los átomos.
Si se quiere determinar la polaridad una molécula, hay que:
1-
representar la estructura de Lewis
2-
determinar polaridad de cada enlace
3-
determinar si existe simetría o no en la molécula
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El grado de polaridad de una molécula se mide por su momento dipolar (µ), el cual se define como el
producto de la carga en cualquiera de los dos extremos del dipolo, Q, por la distancia, r, entre las cargas.
µ = Q·r
Así, el momento dipolar se incrementa cuando la magnitud de las cargas que están separadas aumenta y
aumenta la distancia entre los centros positivo y negativo.
1
Se mide típicamente en Debyes (D) .
En el caso de moléculas poliatómicas, es necesario tener en cuenta la forma, porque la presencia de
enlaces polares no siempre garantiza una molécula polar. Para cada enlace de la molécula de interés, se
debe considerar el dipolo de ese enlace, el momento dipolar de enlace va a estar determinado solamente
por los dos átomos que forman el enlace.
Los momentos dipolares son cantidades vectoriales, por lo tanto presentan magnitud, sentido y
dirección.
El momento dipolar total de una molécula poliatómica es la suma de sus dipolos de enlace. En esta
suma se deben considerar tanto la magnitud como la dirección de todos los dipolos formados.
Las moléculas en las que el átomo central está rodeado simétricamente por átomos idénticos son no
polares, por ejemplo BF3, CCl4, entre otros.
Para las moléculas ABn en las que todos los átomos B son del mismo elemento, algunas geometrías
simétricas (lineal, trigonal plana, tetraédrica y cuadrada plana, piramidal trigonal y octaédrica) originan
moléculas no polares a pesar de la polaridad de los enlaces individuales.
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Un debye es 3.33×10
coulombios metro (C m)
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