Ó ENLACE IÓNICO

ENLACE IÓNICO
Ó
Dra. Silvia Elena Castillo Blum
Enlace Químico
• ENLACE IÓNICO
• ENLACE COVALENTE
• ENLACE METÁLICO
2
D f
Definición
ó IUPAC
UP C
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
con la suficiente estabilidad para que pueda ser
considerado una especie independiente.
3
Gilbert Lewis estableció que
los átomos se combinan a fin
d alcanzar
de
l
una configuración
fi
ió
electrónica más estable:
La máxima estabilidad resulta
cuando un átomo es isoelectrónico
con un gas noble
bl
4
Modelo
Un modelo es un idealización que permite
describir teóricamente un sistema y p
predecir
y explicar en forma aproximada, hechos
experimentales.
5
Formación de Compuestos
p
Iónicos
6
Enlace iónico
y
y
y
No existe una división clara entre el
enlace iónico y el covalente .
El enlace puramente iónico puede
estudiarse
d
mediante
d
un modelo
d l
electrostático simple.
p
Existen algunas propiedades que
distinguen a los compuesto iónicos
de los compuestos covalente.
covalente
7
Modelo de Enlace Iónico
Los iones son esencialmente esferas con carga,
incompresibles,
l
indeformables
l que interaccionan
por fuerzas coulómbicas electrostáticas en el
cristal
+
r
-
8
Cargas iguales se repelen y cargas opuestas se
atraen.
Las cargas sobre
L
b las
l fibras
fib
d
dell cabello
b ll se repelen
l 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
estado sólido, pero conducen al fundirse y en
solución acuosa.
acuosa
•Puntos de fusión y ebullición elevados
•Duros y quebradizos
•Los compuestos iónicos a menudo son solubles
en disolventes polares que presentan constantes
dieléctricas elevadas
11
Enlace iónico
y
y
Un enlace iónico es simplemente la
atracción electrostática entre un
i positivo
ion
i i y un iion negativo.
i
Dos requisitos para su formación son
la energía de ionización para dar
lugar a un catión y la afinidad
electrónica
l
ó
para dar
d lugar
l
a un
anión.
12
13
14
Estructuras cristalinas
Cloruro de sodio
Cl
Na
Cloruro de cesio
Cl
Cs
15
Arreglos
g
más comunes de los
cristales
Estructura de sulfuro de
zinc (blenda de zinc)
Wurzita
S
Zn
S
Z
Zn
16
Arreglos
g
más comunes de los
cristales
Fluorita
Rutilo
F
O
Ca
Ti
17
Características de los
compuestos iónicos
y
Los cristales de los compuestos iónicos
son duros
uros y frágiles
frág s
18
Enlace Iónico
Na(s)
+
1/2 Cl2(g) →
NaCl(s)
+
19
r
+
-
⎛ z + z −e2 ⎞
⎟
Eat . = ⎜
⎜ 4πε o r ⎟
⎝
⎠
20
-
+
Energ
gía Poten
ncial
Repulsión
r
Total
Atracción
⎛ z + z −e2 ⎞
⎟
Eat . = ⎜
⎜ 4πε o r ⎟
⎝
⎠
21
22
⎛ z + z −e2 ⎞
2
2
⎟2 +
E=⎜
⎜ 4πε o r ⎟
2 3
⎝
⎠
3r
- .....
3r
r
2r
r
2r
“Cristal Unidimensional”
23
24
⎛ z + z −e2 ⎞
⎟ 6
E=⎜
⎜ 4πε o r ⎟
⎝
⎠
[
r
25
⎛ z + z −e2 ⎞
⎟ 6
E=⎜
⎜ 4πε o r ⎟
⎝
⎠
[
26
⎛ z + z −e2 ⎞
⎟ 6
E=⎜
⎜ 4πε o r ⎟
⎝
⎠
[
r 2
27
⎛ z + z −e2 ⎞
⎟ 6
E=⎜
⎜ 4πε o r ⎟
⎝
⎠
[
r 2
28
⎛ z + z −e2 ⎞
12
⎟ 6−
E=⎜
⎜ 4πε o r ⎟
2
⎝
⎠
[
29
⎛ z + z −e2 ⎞
12
⎟ 6−
E=⎜
⎜ 4πε o r ⎟
2
⎝
⎠
[
30
⎛ z + z −e2 ⎞
12
8
⎜
⎟
6−
E=
+
⎜ 4πε o r ⎟
2
3
⎝
⎠
[
r 3
31
⎛ z + z −e2 ⎞
12
8
⎟ 6−
E=⎜
+
⎜ 4πε o r ⎟
2
3
⎝
⎠
[
N
− .....
A
+ - 2
NAz z e
NA
E=
4πε 0 r
32
33
Tipo de
Estructura
NaCl
Celda Unidad
Madelung, A
1.74756
CsCl
1 76267
1.76267
CaF2
5.03878
Blenda de Zinc
(ZnS)
Wurtzita (ZnS)
1.63805
1.64132
34
Energía Potenciial
Repulsión
Erep
NB
= n
r
r
Total
+ - 2
Atracción
NAz z e
E=
4πε 0 r
35
⎛ N Az + z −e2 ⎞ N B
⎟+
E =⎜
n
⎜ 4πε o r ⎟
r
⎝
⎠
+
− 2
dE
NA z e
NAz
nNB
NB
=0=−
+ n +1
2
dr
4πε 0 r
r
+
− 2 n −1
Az z e r
B =−
4πε 0 n
36
Número de Avogadro
(6.02 x 1023)
UEret = -
Constante
de Madelung
⎛ NAz + z − e 2 ⎞⎛ 1 ⎞
⎜
⎟⎜1 − ⎟
⎜ 4πε o ro ⎟⎝ n ⎠
⎝
⎠
Carga del catión y
del anión
Distancia
interiónica
C fi i t
Coeficiente
de Born
Ecuación de Born-Landé
37
⎛ 139000
⎛ NAz zAze z⎞⎛ ⎞⎛ 1 ⎞ 1 ⎞
⎟⎟⎜1⎟−⎜1 −⎟ ⎟
=⎜−⎜⎜
U U= −
⎜ ⎝ 4πεroo ro ⎠⎝ ⎟⎝ n ⎠ n ⎠
⎝
⎠
+
− +2 −
n
He
5
N
Ne
7
Ar
9
Kr
10
Xe
12
U en kJ/mol
r0 en pm
38
NaCl
⎛ 139000 Az + z −
U = −⎜
⎜
r
o
⎝
⎞⎛ 1 ⎞
⎟⎜ 1 − ⎟
⎟⎝ n ⎠
⎠
z+ = 1 z- = -1
1
A = 1.747
n = 9
ro = 282 pm
U = 765 kJ/mol
39
Ecuación de Kapustinskii
Estructura
N° de iones (ν)
Madelung, A
A/ν
NaCl
2
1.74756
0.88
CsCl
2
1.76267
0.87
Blenda de Zinc
2
1.638
0.82
W t it
Wurtzita
2
1 64132
1.64132
0 82
0.82
Fluorita
3
2.51939
0.84
Rutilo
3
2 408
2.408
0 80
0.80
⎛ NAz + z − e 2 ⎞⎛ 1 ⎞
⎟⎟⎜1 − ⎟
U = −⎜⎜
⎝ 4πε o ro ⎠⎝ n ⎠
A = 0.88 ν
n=9
40
⎛1,39x10 Az z
U = −⎜⎜
ro
⎝
5
+ −
⎞⎛ 1 ⎞
⎟⎟⎜1− ⎟
⎠⎝ n ⎠
+ −
1.08×10 vz z
U =−
+
−
r +r
5
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
Cl-
Na+
Na+
CCl
E
765 kJ/m
mol
Energía
1
E2
NaCl
42
NaCl
U
(s)
+
Na (g)
+
Cl
(g)
Ley de Hess
43
NaCl
U
(s)
+
Na (g)
Na(s) + ½ Cl2
+
Cl
(g)
(g)
-ΔH
ΔHf = ΔHsub + ½ ΔCl-Cl
Cl Cl + INa + ½ AECl
44
Ciclo de Born-Haber
Na+(g) + Cl
Predijimos U = 765 kJ/mol
EA = - 354 kJ/mol
I = 502 kJ/mol
Na(g) + Cl
Na(g) + 1/2 Cl2
Na(s) + 1/2 Cl2
(g)
(g)
(g)
Na+(g) + Cl-
(g)
(g)
½ D = 121 kJ/mol
-U
U=?
∆Hsub= 108 kJ/mol
kJ/ l
∆Hfo=- 411kJ/mole
411kJ/m l
NaCl
∆Hfo= ∆Hsubo +1/2 D + I + EA + U
- 411= 108 +121 +502 + (-354) + U
(s)
U = 788 kJ/mol
45
Compuesto U experimental
NaF
NaCl
NaBr
NaI
CsF
CsCl
CsI
MgF2
910
772
736
701
741
652
611
2922
U Born-Landé
904
757
720
674
724
623
569
2883
Diferencia
(%)
0,6
2
2
35
3,5
3,5
4
7
1,5
46
Compuesto
AgF
AgCl
AgBr
A I
AgI
U experimental
231
219
217
214
U Born-Landé
208
187
181
176
Diferencia
(%)
11
17
20
22
47
y
Los aniones y cationes se acomodan
en estructuras tridimensionales que
minimicen
i i i
llas repulsiones
l i
y
maximicen las atracciones, y la
forma depende de la relación entre
el tamaño del anión y del catión
48
Formas de Empaque
y
Si se consideran a los átomos e
iones como esferas duras, se
puede
d encontrar arreglos
l
geométricos más eficientes que
g
q
otros.
49
Formas de Empaque
y
Ejemplo:
Si 6 monedas del mismo tamaño se organizan para
que queden lo más pegado una de otro, resulta en
un número
ú
de coordinación
ó de 6.
y
Cuando el arreglo es en 3 dimensiones se obtienen
unas formas empacadas típicas.
y
50
Empaquetamiento por capas
C
Capa
c
C
Capa
a
Capa b
Capa b
Capa a
Capa a
51
Estructuras generadas
E
Empaque
cúbico
úbi
Empaque hexagonal
52
Arreglo de los iones
y
y
Las formas de empaquetamiento
son: los cationes ((más p
pequeños)
q
)
ocupan los huecos dejados por
los aniones (más grandes).
En consecuencia, los cationes
generalmente se acomodan en
l s huecos
los
h
s tetraédricos
t t éd i s u
octaédricos que forman los
aniones.
-
+
- -
53
Relaciones de Radios
La relación
relac ón de rad
radios
os da un valor límite
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 acercan
y
Por ejemplo para determinar la relación en el cloruro de
sodio
◦ Primero
P i
se calculan
l l los
l radios
di
◦ 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 radios
y
Ejemplos
◦ Para NaCl la
relación es de 0.414
con N
N.C.
C de 6
◦ En CsCl la relación
es de 0.732
0 732 con N
N.
C. 8
57
La relación de radios da un valor límite a la
estabilidad de los empaques, ya que un valor
mayor 0.414 garantiza que los aniones no se
toquen y permiten al catión
ó ocupar el hueco en
estructuras octaédricas.
Los cationes más pequeños ocuparán los
intersticios en estructuras tetraédricas con
una relación r+/r- de 0.225 (valor que se
calcula de forma similar a la ya señalada).
señalada)
58
En la siguiente tabla se presentan los
valores límites que presentan las diferentes
estructuras:
r+/r- r-/r+
59
60
61