I -Las Fuerzas de Enlace en Un Cristal

8/18/2019 I -Las Fuerzas de Enlace en Un Cristal

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Las fuerzas de enlace en un cristal.

Enlace : Es la fuerza que une a los átomos, iones o grupo de

iones en un sólido cristalino eléctricamente neutro.

De los tipos de enlace depende: la dureza, fexibilidad,

conductividad térmica y eléctrica, compresibilidad y expansión

térmica.

Entre más uerte es un enlace, más duro es el mineral, más alto es el

punto de usión y más bajo es el coeciente de expansión térmica.

ericlasa: !"# unde a $%$& '(. )uertemente iónico*

+alita: a(l unde a %- '(. )iónico*

/mbos minerales muestran la misma estructura atómica.

Tipos de enlace:

a0 iónicob0 covalentec0 metálicod0 van der 1aalse0 2idró"eno

+ay transiciones 23bridas.

Distribución de la densidad electrónica:

En la si"uiente "ura, las l3neas continuas se4alan la densidad

electrónica positiva, mientras 5ue la de puntos, los contornos de la

densidad ne"ativa. 6as l3neas discontinuas muestran los contornos

con cero densidad. 6os intervalos se miden en 7 , asi la distancia

entre el #$0 y el 8i9 es de .; 7.

Å= 1 x 10-10 m = 01 nm

https://es.wikipedia.org/wiki/Metro

https://es.wikipedia.org/wiki/Nan%C3%B3metro





El enlace iónico:

<odos los átomos tienden a ser un "as inerte. Un enlace iónico

tiene lugar cuando uno o más electrones de la capa de

valencia de un átomo se transere a la capa de valencia de

otro, de tal manera que ambos presentan una conguración

de un gas inerte.

$



Este enlace se produce cuando átomos de los elementos metálicos

)especialmente a5uellos situados más a la iz5uierda en la tabla

periódica, tales como los per3odos , $ y =* se unen con átomos no

metálicos )los elementos situados a la derec2a en la tabla periódica*.

En este caso los átomos del metal ceden sus electrones a los

átomos del no metal y se convierten en iones positivos y ne"ativos

respectivamente. /l ormarse iones de carga opuesta, éstos se

atraen por las fuerzas eléctricas intensas, 5uedando uertemente

unidos, dando lu"ar a un compuesto iónico. Estas uerzas eléctricas

las llamamos enlaces iónicos.

a)s$ $s$ $p; =s* ⇒ a )s$ $s$ $p;* e0

(l)s$ $s$ $p; =s$ =p>* e0⇒ (l0)s$ $s$ $p; =s$ =p;*

=



El sodio pierde un electrón y el cloro lo recoge.

6a atracción entre dos iones con car"a opuesta constituyen un enlace

electrostático o iónico.

La formación de este enlace, resulta del intercambio de

electrones del metal catón! con el no metal anión!

!ropiedades f"sicas de los enlaces iónicos:

0 !oderada dureza y "ravedad espec3ca.

0 6os puntos de usión son altos a muy altos.

0 !alos conductores eléctricos y de calor.Esto se debe a la estabilidad de iones.

6a car"a electrostática se distribuye sobre el ión, los cationes

buscan rodearse con el mayor n"mero de aniones. Esto indica

5ue el enlace no es direccional y resultan cristales con alta

simetr#a.

#uerza del enlace $u% :

6a uerza depende de dos actores:

0 el espacio de centro a centro entre iones )r*.$0 el producto de la car"a )5*.

Entonces:

u = &'(1()*+r

': es la uerza numérica de la constante de $adelung, 5ue es una

expresión similar a la uerza de (oulomb 5ue opera sobre una

distancia ?d@.

?6a ener"3a 5ue se desprende cuando un conjuntos de iones positivos

y ne"ativos se combinan para ormar un mol del compuesto iónico

sólido@. Es una ener"3a reticular.

9



!unto de fusión ,s. Distancia iónica.

>



Dureza ,s. distancia iónica.

Enlace co,alente.

6os enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos

entre s# los átomos no metálicos )los elementos situados a la

derec2a en la tabla periódica 0(, #, A, (l, ...*.

Estos átomos tienen muc%os electrones en su nivel máse&terno electrones de valencia! y tienen la tendencia de

ganar electrones más que a cederlos para adquirir la

estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. or lo

tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones

entre s# para formar iones de signo opuesto.

El par de electrones se comparten en los dos átomos y los mantiene

unidos, de manera 5ue ambos ad5uieren la estructura electrónica de"as noble.

;



El n"mero de electrones necesarios para satisfacer la

conguración de un gas noble es proporcional el n"mero de

enlaces posibles.

l- l-

)l=

aracter"sticas f"sicas (ue ad(uieren los minerales

con enlace co,alente

0 El enlace es muy uerte )el más uerte de los enlaces 5u3micos*

y además es unidireccional.0 Bnsolubles0 !uy estables

0 /lto punto de usión0 o conducen la electricidad0 6a simetr3a es menor a la del enlace iónico.

6os elementos como el (, 8i, /l y 8 tienen$, =, 9 valencias en sus

Cltimas órbitas. Estos átomos pueden ormar 2asta 9 enlaces

covalentes con el átomo conti"uo.

El carbón tiene ' electrones como valencia, que comparte con

cuatro átomos de carbón como se muestra en la "ura:

D



%



Enlace met/lico:

ara explicar las propiedades caracter3sticas de los metales )su

alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad y maleabilidad,...* se 2a elaborado un modelo de enlace metálico conocido

como modelo de la nube o (mar) de electrones*

Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su

"ltima capa, por lo "eneral , $ ó =. +stos átomos pierden

fácilmente esos electrones electrones de valencia! y se

convierten en iones positivos, por ejemplo a, (u$, !"$.

6os iones positivos resultantes se ordenan en el espacio,

ormando la red metálica. Los electrones de valencia

desprendidos de los átomos forman una nube de

electrones, que puede desplazarse a través de toda la

red atómica del mineral . e este modo, el conjunto de los

iones positivos del metal 5ueda unido mediante la nube de

electrones con car"a ne"ativa 5ue los envuelve.

&

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/metalico.htm

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/metalico.htm



!ropiedades f"sicas de los metales:

El a metálico es muy blando, opaco y sectil y conduce bien la

corriente eléctrica y el calor.

6os electrones se mueven libremente a través de su estructura por lo

5ue son poco direccionales con alta simetr3a y nCmero de

coordinación.

El sodio, cesio, rubidio, y potasio remueven ácilmente los electrones

de su Cltima capa por el impacto de la ener"3a radiante de luz.

Enlace ,an der aals:

Las moléculas tales como el - , - y /l - forman moléculas

sólidos, de tal forma que los electrones de las orbitas

valencia están ocupados ya sea por electrones no enlazados o

por electrones ocupados por un enlace covalente en forma de

-



un (dimer) )es una molécula compuesta por dos unidades más

simples*.

6as moléculas neutras como el (l$ , desarrollan pe5ue4as car"as

positivas de un lado con una proundidad correspondiente,

propiciando una débil car"a ne"ativa del otro lado del átomo. Este

eecto conduce 5ue los electrones 5ue ocupan los orbitales entre los

átomos interactCan sincrónicamente en sus movimientos,

es5uivándose uno del otro ormando un dipolo. El efecto dipolo

entre los dos átomos produce una atracción llamada van der0aals, que al n de cuentas también se les conoce como

cargas residuales.



Frato con enlace covalente entre los carbones ormando una

estructura en 2ojas, unidas a su vez con enlaces tipo van der 1aals.

$



'zufre ortorrómbico

Estructura del azure, orma un anillo con % átomos de azure.

Enlace del idró2eno.

Es un enlace electrostático entre iones de %idrógenos

cargados positivamente y iones cargados negativamente

como el -1 y 21. /omo el %idrógeno solo tiene un electrón y

lo transere a otro ión mas electronegativo, el protón queda

desprotegido. La porción positiva tiene la %abilidad deenlazarse con la porción negativa del otro ión.

=



(uando el a"ua en orma de 2ielo pasa a su estado l35uido, la

estructura tetra2edral del cristal del 2ilo colapsa y las moléculas

muestran un empa5uetamiento más cerrado.

El #+0 muestra un enlace coordinado más asimétrico,

produciendo un efecto dipolo. Este tipo de enlace )del 2idró"eno*

es comCn en micas y minerales arcillosos, los cuales muestran "rupos

llamados ?2idroxil@ o 2idróxido.

aracter"sticas f"sicas:

8on más uerte 5ue el enlace de van der 1aals.

Estimación del car/cter de enlace:

Es de esperarse 5ue además del enlace iónico con electrones

compartidos, existen átomos enlazados en orma covalente con

car"as electrostáticas.

6a evaluación entre las car"as, se puede estimar con polarización

iónica y la polarización del ión involucrado.

a0 /"B: catión altamente polarizable y un anión ácilmente

polarizable es uertemente covalente.b0 /"A: el A es poco polarizable por lo tanto su enlace es altamente

iónico.

9



e la tabla periódica, las columnas B )+,6iG* y HBB )A, (l,G* o BB )Ie,

!",G* y HB )#, 8,G* son dominantemente iónicos. Ejemplos son los

2aluros alcalinos y óxidos alcalinotérreos.

!aulin2 su"iere un método para calcular el car/cter del enlace

(u"mico.

La electronegatividad de un elemento es la %abilidad quetiene para atraer electrones.

Elementos con ba3a electronegatividad son donadores de

electrones, mientras 5ue con alta electronegatividad son

receptores.

6a dierencia de los valores de electrone"atividad entre elementos, es

la expresión del carácter iónico del enlace.

6a dierencia se expresa: J/ K JI donde la electrone"atividad de unelemento /, enlazado con un elemento I, cada uno con su propia

electrone"atividad.

La ecuación de !aulin2 es:

antidad del car/cter iónico = 1 3 e-1+4&5' - 56*)

6os compuestos aA, !"#, 8c y <i( pueden "racarse en una curva:

>



aA: 9. K .- L =. con un carácter iónico L -.&M!"#: =.> K .= L $.$ L -.DM

8c: =. K .$ L .& L -.; M

8i#: =.> K .% L .D L -.>M

<i(: $.> K .= L .$ L -.=M

R

;



a 7adios atómicos e iónicos.

7adios atómicos: Es el máximo radio de un átomo con su car"a más densa en la

Cltima órbita.

7adios iónicos: o eectivo 5ue depende del tipo y nCmero de átomos o moléculasconti"uos )vecinos* y su car"a.

En los metales con átomos idénticos se enlazan uno a otro y el radio se considera:

(uando dos metales con átomos idénticos y se enlazan, el radio se considera de N

del lar"o del enlace.



!ara cristales con enlace iónico:

Å= 1 x 10-10 m = 01 nm







# = 8 &(*&(-*+ d)

D = r 7-

A L uerza de atracción.

5 y 50 : átomos car"ados con una distancia entre ellas de ?d@

O: constante de proporcionalidad.

6a distancia se determina por las uerzas electrostáticas.

6a "ura muestra la atracción entre un anión y un catión.

6as uerzas actCan:a0 atractiva a mayor distancia



c0 repulsiva a menor distancia.

do : distancia de e5uilibrio entre las car"as.

000000000000000 uerza resultante.

Auerzas repulsivas se da entre electrones y nCcleos positivos.

r 7- = d El balance entre la uerza atractiva y repulsiva se da a una distancia

dada.

Ejemplo: a(l0 8on monovalentes.

(ada ión esta rodeado por ; iones con car"a contraria.

d L ra P(l0

8i se conoce d y el r de cada uno de los aniones, se puede obtener el radio del

catión.

!"# : 0 #$0 L .9 / r L dQ si d L $.$ / !"$ con nCmero de coordinación ;

r L -.D$ Å.

9ariación se2n el nmero de coordinación.

;-) <=) ;-) coordinación ) 1.>? Å

;-) <=@ ;-) coordinación @ 1.4) Å



<mero de coordinación:

( o en in"lés (.

oordinación de los minerales:

En la tabla, el radio r se incrementa con el nCmero atómico )R*.



El tama4o atómico metálico es más "rande 5ue el radio atómico del anión. Esto se

debe a la pérdida de electrones en la Cltima órbita.

La coordinación de los lant/nidos.

6os iones trivalentes, el radio se incrementa con el decremento del nCmero

atómico R.

La> A = ?B 1.1C ' < = @

Lu> A = B1 0.@ ' < = @

Pesulta 5ue se rellenan con electrones los orbitales internos antes de llenar las

órbitas externas.

!ara iones car2ados en una misma estructura atómica el r se reduce

con el incremento de la car2a.

Ejemplo: a, ( L ;Q .-$ /

>, ( L ;Q -.=% /

Estructura !, nL=.

!ara un elemento con maor nmero de ,alencias: maor car2a el radio

se reduce

maor es el empuFe del ncleo sobre la nube de electrones.

Ejemplo: !n$ L -.%= /

!n= L -.;> /

!n9 L -.>= /

Distribución de la forma:

Entere mayor es el nCmero de iones ?vac3os@, mayor es el ( menor la distorsión:



!uc2a distorsión, alta polaridad.

Iaja distorsión, baja polaridad.

6os iones con más electrones y enlace covalente, mayor será polaridad.

ordinación de iones:

(uando los iones con car"a opuesta orman una estructura cristalina, en la cual el

enlace es dominantemente iónico o electrostático, cada ión tiende a unirse o

coordinarse con tantos iones con car"a opuesta como su tama4o le permita.

1- #orma poliedros: en una estructura cristalina cada catión se ubica

aproximadamente en el centro del de coordinación del poliedro

aniónico.)- El nmero de aniones en el poliedro es el nmero de coordinación

< del catión con respecto a un anión dado es determinado por el

tamaGo relati,o entre ambos.



En el caso de a#

(a$ ( L %, .$ / mientras 5ue el A0 ( ; L .==

or 5ue radios similares muestra en este caso el ( L %, siendo los radios

atómicos similaresS

7e2la : El nmero total de iones de todo tipo en cual(uier estructura

cristalina iónica debe de ser de tal forma (ue todo el cristal debe de se

elHctricamente neutro.

___

v

RPaon

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