ÓENLACE IÓNICO

Dra. Silvia Elena Castillo Blum

Enlace QuímicoQuímicoEnlace QuímicoQuímico

• ENLACE IÓNICO

• ENLACE COVALENTE• ENLACE COVALENTE

• ENLACE METÁLICO

2

D f ó UP C 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 entre ellos permiten la formación de un agregado

con la suficiente estabilidad para que pueda ser

considerado una especie independiente.

3

Gilbert Lewis estableció que los átomos se combinan a fin d l fi ióde alcanzar una configuraciónelectrónica más estable:

La máxima estabilidad resulta La máxima estabilidad resulta cuando un átomo es isoelectrónico

blcon un gas noble4

Modelo

Un modelo es un idealización que permitedescribir teóricamente un sistema y predeciry py explicar en forma aproximada, hechosexperimentales.

5

Formación de Compuestos Iónicosp

6

Enlace iónico Enlace iónico Enlace iónico Enlace iónico No existe una división clara entre el No existe una división clara entre el enlace iónico y el covalente .

El enlace puramente iónico puede d d d l estudiarse mediante un modelo

electrostático simple.p

Existen algunas propiedades que Existen algunas propiedades que distinguen a los compuesto iónicos de los compuestos covalentede los compuestos covalente.

7

Modelo de Enlace IónicoModelo de Enlace Iónico

Los iones son esencialmente esferas con carga, l l incompresibles, indeformables que interaccionan

por fuerzas coulómbicas electrostáticas en el cristalcristal

+ -r

8

Cargas iguales se repelen y cargas opuestas se 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

Svante Arrhenius (1884)

NaCl

10

Características Físicas de los Compuestos Iónicos

•Los iones se ordenan en redes cristalinas iónicas

•Baja conductividad térmica y eléctrica en•Baja conductividad térmica y eléctrica enestado sólido, pero conducen al fundirse y ensolución acuosasolución acuosa.

•Puntos de fusión y ebullición elevados

•Duros y quebradizos

•Los compuestos iónicos a menudo son solubles en disolventes polares que presentan constantes en disolventes polares que presentan constantes dieléctricas elevadas

11

Enlace iónicoEnlace iónicoEnlace iónicoEnlace iónicoUn enlace iónico es simplemente la Un enlace iónico es simplemente la atracción electrostática entre un i i i i iion positivo y un ion negativo.

Dos requisitos para su formación son la energía de ionización para dar la energía de ionización para dar lugar a un catión y la afinidad l ó d l electrónica para dar lugar a un

anión.

12

13

14

Estructuras cristalinasEstructuras cristalinasEstructuras cristalinasEstructuras cristalinas

Cloruro de sodio Cloruro de cesio

Cl CsCl Na

15

Arreglos más comunes de los Arreglos más comunes de los ggcristalescristales

Estructura de sulfuro de zinc (blenda de zinc)

Wurzita

S ZnS Zn

S ZS Zn16

Arreglos más comunes de los Arreglos más comunes de los ggcristalescristales

Fluorita

Rutilo

F Ca

O Ti

17

Características de los Características de los compuestos iónicoscompuestos iónicos

Los cristales de los compuestos iónicos son duros y frágilesson uros y frág s

18

Enlace IónicoEnlace IónicoEnlace IónicoEnlace Iónico

Na(s) + 1/2 Cl (g) → NaCl(s)Na(s) + 1/2 Cl2(g) → NaCl(s)

++

19

+ -r

⎟⎞

⎜⎛ −+ ezzE

2

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

=r

Eo

at πε4.

20

+ -

ncia

l Repulsión

gía

Pote

nE

nerg

r

Total

⎞⎛ 2Atracción

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezzEat πε4

2

. ⎟⎠

⎜⎝ roπε4

21

22

2-⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

=−+ ezzE2

22

+ -2⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

=roπε4

E 23

+ .....

3r 3r

r r

2r 2r

“Cristal Unidimensional”

23

24

⎞⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezz

πε4E

2

6[⎟⎠

⎜⎝ roπε4 [

r

25

⎞⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezz

πε4E

2

6[⎟⎠

⎜⎝ roπε4 [

26

⎞⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezz

πε4E

2

6[⎟⎠

⎜⎝ roπε4 [

2r

27

⎞⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezz

πε4E

2

6[⎟⎠

⎜⎝ roπε4 [

2r

28

⎞⎛212

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezz

πε4E

2

6[ 2⎟⎠

⎜⎝ roπε4 [

29

⎞⎛212

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezz

πε4E

2

6[ 2⎟⎠

⎜⎝ roπε4 [

30

⎞⎛

38

+212

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−+

rezz

πε4E

2

6[ 32⎟⎠

⎜⎝ roπε4 [

3r

31

−8+

12−⎟

⎟⎞

⎜⎜⎛

=−+ ezzE2

6[ .....3

+2⎟

⎟⎠

⎜⎜⎝

=roπε4

E 6[AN

NA 2+

r4πezNAzE2-

ε

+

=r4π 0ε

32

33

Tipo de Celda Unidad Madelung, AEstructuraNaCl 1.74756

CsCl 1 76267CsCl 1.76267

CaF2 5.03878

Blenda de Zinc (ZnS)

1.63805(ZnS)Wurtzita (ZnS) 1.64132

34

ial Repulsión

BNE = P

oten

ci nrep rE

Ener

gía

rTotal

Atracción ezNAzE2-+

=r4π

E0ε

35

⎟⎞

⎜⎛ −+ ezzAN 2 BN

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

=rezzAN

oπε4E nr

BN+

⎠⎝

2−+ NBNAdE12

2

40 +

+

+−== nrnNB

rezNAz

drdE

πε04 rrdr πε

rezAzBn 12

4

−−+

−=n04πε

36

Número de Avogadro ConstanteNúmero de Avogadro(6.02 x 1023)

Constantede Madelung

⎟⎞

⎜⎛⎟

⎞⎜⎛ −+ ezNAz 12

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟

⎟⎠

⎜⎜⎝

=nr

ezNAzEo

ret11

4πεC fi i t

-o

U⎠⎝

Distancia interiónica

Coeficiente

de BornCarga del catión ydel anión

Ecuación de Born-Landé

37

⎞⎛⎟⎞

⎜⎛ −+ ezNAz 12

⎞⎛⎟⎞

⎜⎛ −+ zAz 1139000 ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

nrezNAzU

oo

114πε ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

nrzAzU

o

11139000⎠⎝ oo ⎠⎝⎠⎝ o

U en kJ/mol

nr0 en pm

nHe 5

N 7Ne 7

Ar 9

Kr 10

Xe 12Xe 12

38

NaCl

⎟⎞

⎜⎛⎟

⎞⎜⎛ −+ zAz 1139000

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟

⎟⎠

⎜⎜⎝

−=nr

zAzUo

11139000

⎠⎝

z+ = 1 z- = 1A = 1.747z = 1 z = -1

n = 9 U = 765 kJ/molro = 282 pm

39

Ecuación de KapustinskiiEstructura N° de iones (ν) Madelung, A A/ν

NaCl 2 1.74756 0.88CsCl 2 1.76267 0.87

Blenda de Zinc 2 1.638 0.82W t it 2 1 64132 0 82Wurtzita 2 1.64132 0.82Fluorita 3 2.51939 0.84Rutilo 3 2 408 0 80Rutilo 3 2.408 0.80

⎞⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

−+

nrezNAzU 11

4

2

πε ⎠⎝⎠⎝ nroo4πε

ν880A 9=nν88.0=A 9=n40

−+510081⎞⎛−+

−+

+×

−=rr

zzvU51008.1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

−+

nrzAzxU 111039,1 5

+rr⎠⎝⎠⎝ nro

z+ y z- son las cargas de los iones

r radio de los iones (picómetros) ≠ ro

rNa+ = 116 pm r Cl- = 167 pm

UNaCl = 763 kJ/mol

41

Na+Cl-

Cl- ENa+C E

1

molEne

rgía

E276

5 kJ

/m E2

NaCl

42

UNa+

(g) + Cl- (g)NaCl (s)U

Ley de Hess

43

UNa+

(g) + Cl- (g)NaCl (s)U

Na + ½ ClNa(s) + ½ Cl2 (g)

-ΔHf = ΔHsub + ½ ΔCl Cl + INa + ½ AEClΔHf ΔHsub ½ ΔCl-Cl INa ½ AECl

44

Ciclo de Born-Haber

EA = - 354 kJ/molPredijimos U = 765 kJ/mol Na+

(g) + Cl (g)

I = 502 kJ/mol Na+(g) + Cl- (g)

Na(g) + Cl (g)

∆H 108 kJ/ l

½ D = 121 kJ/mol

U=? -UNa(g) + 1/2 Cl2 (g)

Na(s) + 1/2 Cl2 (g)

∆H o 411kJ/m l

∆Hsub= 108 kJ/mol(s) 2 (g)

∆Hfo=- 411kJ/mole

NaCl (s)

∆Hfo= ∆Hsub

o +1/2 D + I + EA + U

- 411= 108 +121 +502 + (-354) + UU = 788 kJ/mol

45

Compuesto U experimental U Born-Landé Diferencia (%)

NaF 910 904 0,6NaCl 772 757 2NaBr 736 720 2NaI 701 674 3 5NaI 701 674 3,5CsF 741 724 3,5CsCl 652 623 4CsI 611 569 7MgF2 2922 2883 1,5

46

Compuesto U experimental U Born-Landé Diferencia (%)

AgF 231 208 11AgCl 219 187 17AgCl 219 187 17AgBr 217 181 20A I 214 176 22AgI 214 176 22

47

Los aniones y cationes se acomodan Los aniones y cationes se acomodan en estructuras tridimensionales que

i i i l l i minimicen las repulsiones y maximicen las atracciones, y la yforma depende de la relación entre el tamaño del anión y del catión el tamaño del anión y del catión

48

Formas de EmpaqueFormas de EmpaqueFormas de EmpaqueFormas de EmpaqueSi se consideran a los átomos e Si se consideran a los átomos e iones como esferas duras, se

d l puede encontrar arreglos geométricos más eficientes que g qotros.

49

Formas de EmpaqueFormas de EmpaqueFormas de EmpaqueFormas de EmpaqueEjemplo: Ejemplo: Si 6 monedas del mismo tamaño se organizan para que queden lo más pegado una de otro, resulta en

ú ó un número de coordinación de 6.

Cuando el arreglo es en 3 dimensiones se obtienen Cuando el arreglo es en 3 dimensiones se obtienen unas formas empacadas típicas.

50

Empaquetamiento por capasEmpaquetamiento por capasEmpaquetamiento por capasEmpaquetamiento por capas

C C Capa c Capa a

Capa b Capa b

Capa aCapa a

51

Estructuras generadasEstructuras generadasEstructuras generadasEstructuras generadas

E úbiEmpaque cúbico

Empaque hexagonalEmpaque hexagonal

52

Arreglo de los ionesArreglo de los ionesArreglo de los ionesArreglo de los iones

Las formas de empaquetamiento son: los cationes (más pequeños) ( p q )ocupan los huecos dejados por los aniones (más grandes).

-

En consecuencia, los cationes generalmente se acomodan en l s h s t t éd i s

+-- -

los huecos tetraédricos u octaédricos que forman los aniones.

53

Relaciones de RadiosRelaciones de RadiosRelaciones de RadiosRelaciones de RadiosLa relación de radios da un valor límite cuando las esferas La relac ón de rad os da un valor l m te 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 acercanelectrónicas de carga negativa se acercan

Por ejemplo para determinar la relación en el cloruro de Por ejemplo para determinar la relación en el cloruro de sodio

P i l l l di◦ Primero se calculan los radios

◦ Con los radios se obtiene la relación

54

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

--

-- + 2r-

-

- -+

--+

55

2r- -

+--

2r-

{{{

56

Relaciones de radiosRelaciones de radiosRelaciones de radiosRelaciones de radios

Ejemplos◦ Para NaCl la

relación es de 0.414 con N C de 6con N.C. de 6

◦ En CsCl la relación es de 0 732 con N es de 0.732 con N. C. 8

57

La relación de radios da un valor límite a laestabilidad de los empaques, ya que un valormayor 0.414 garantiza que los aniones no se

ótoquen y permiten al catión ocupar el hueco enestructuras octaédricas.

Los cationes más pequeños ocuparán losintersticios en estructuras tetraédricas conintersticios en estructuras tetraédricas conuna relación r+/r- de 0.225 (valor que secalcula de forma similar a la ya señalada)calcula de forma similar a la ya señalada).

58

En la siguiente tabla se presentan los valores límites que presentan las diferentes valores límites que presentan las diferentes

estructuras:

r+/r- r-/r+

59

60

61