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Los elementos del grupo 8, también conocidos como gases nobles, tienen la particular característica de ser inertes. Rara vez reaccionan con otros elementos, ya sea agua, oxígeno o metales. Esto se debe a que todos ellos tienen una capa externa completa de electrones. Esta es la configuración de electrones más estable que puede tener un átomo. Sin embargo, otros elementos no tienen esta…
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Jetzt kostenlos anmeldenLos elementos del grupo 8, también conocidos como gases nobles, tienen la particular característica de ser inertes. Rara vez reaccionan con otros elementos, ya sea agua, oxígeno o metales. Esto se debe a que todos ellos tienen una capa externa completa de electrones. Esta es la configuración de electrones más estable que puede tener un átomo.
Sin embargo, otros elementos no tienen esta configuración de electrones para alcanzar la estabilidad. En su lugar, deben ganar, perder o compartir electrones para completar los de su capa de valencia. El enlace iónico es un método para conseguirlo.
Un enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de carga opuesta.
Existen múltiples formas en las que los átomos pueden alcanzar su objetivo de tener la estructura de gas noble. Los no metales, al tener electrones de menos, suelen unirse en parejas, tríos o grupos más grandes; así comparten los electrones de la capa externa.
Los metales del mismo elemento perderán electrones para formar iones positivos en una nube de electrones deslocalizados. Pero cuando un metal y un no metal se unen, la forma más fácil de que ambos obtengan una capa exterior completa es que una de las especies pierda electrones y la otra los gane. La transferencia de electrones forma iones, y los iones de carga opuesta se unen iónicamente entre sí.
Acuérdate de leer Enlace Covalente y Enlace Metálico para conocer los tres tipos de enlaces.
Veamos algunas de las características del enlace iónico:
Los iones son átomos que han ganado o perdido uno o más electrones para formar una partícula cargada.
El enlace iónico se produce siempre entre iones con carga positiva, llamados cationes; e iones con carga negativa, llamados aniones. En ambos casos, los iones tienen la configuración electrónica de un gas noble.
A esta transferencia de electrones y a la cantidad que cada átomo gana y pierde se le denomina electrovalencia.
La formación de iones es solo la mitad de la cuestión: por definición, el enlace iónico no implica en absoluto la transferencia de electrones. Se trata más bien de la interacción entre estos iones como resultado de la ganancia o pérdida de electrones.
Cuando se mezclan, los cationes y los aniones se atraen electrostáticamente, y el enlace iónico es simplemente otro término para esta atracción.
Cuando dos especies con cargas opuestas están cerca, se atraen. Esto se conoce como atracción electrostática.
Quizá recuerdes que se trata la fuerza que atrae a los electrones hacia el núcleo de un átomo.
Un compuesto iónico es un compuesto que tiene uno o más enlaces iónicos entre sus átomos.
Ya sabemos lo que es un enlace iónico: la atracción electrostática entre iones con cargas opuestas. Veremos más adelante algunos ejemplos para calcular la valencia iónica y la carga del ion. Así, aprenderemos a calcular las cargas de los iones, la fórmula de un compuesto iónico y a representar el enlace iónico global en un diagrama de puntos y cruces.
Por ahora, comencemos con el proceso, que es el siguiente:
Es posible que veas los diagramas de puntos y cruces con solo la capa externa de electrones. Sin embargo, hemos incluido también las capas internas, para ayudarte a entender completamente la configuración electrónica del ion.
Veamos algunos ejemplos:
Representa el enlace iónico del cloruro de sodio mediante un diagrama de puntos y cruces. Indica la carga de cada ion y la fórmula química del compuesto.
Solución:
El cloruro de sodio está formado por sodio y cloro. Sabemos que el sodio está en el grupo 1, por lo que es un metal. También, sabemos que el grupo nos dice el número de electrones que hay en la capa externa y, utilizando nuestro conocimiento sobre configuraciones electrónicas, podemos calcular las cargas de los iones que forman.
El sodio tiene la configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s1. La forma más fácil de conseguir una capa exterior completa es perdiendo un electrón de su subcapa 3s, pues adquiere la configuración 1s2 2s2 2p6. Entonces, con los metales es fácil calcular los electrones que pierde, solo tenemos que mirar el número del grupo. Como sabes, los electrones están cargados negativamente, por lo que la pérdida de un electrón da lugar a un catión con una carga de +1.
Lo mostramos mediante un diagrama de puntos y cruces:
Fig. 1: Un diagrama de puntos y cruces de un ion de sodio.
El cloro, sin embargo, tiene la estructura 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Para tener una capa externa completa, necesita ganar un electrón. De hecho, toma el electrón que pierde el sodio. En los no metales, para calcular rápidamente el número de electrones, hay que restar 8 menos el número de grupo; en este caso 8 - 7 = 1. Así, el cloro forma un anión con la configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6:
Fig. 2: Un diagrama de puntos y cruces de un ion cloruro.
Cada átomo de sodio pierde un electrón para formar un ion de sodio positivo con una carga de 1+, mientras que cada átomo de cloro acepta un electrón para formar un ion de cloruro negativo con una carga de 1-. Por lo tanto, los iones forman un compuesto con una proporción 1:1 de iones de sodio y iones de cloruro. Este compuesto tiene la fórmula NaCl:
Fig. 3: Un diagrama de puntos y cruces del compuesto iónico NaCl.
Aquí hay otro ejemplo. Esta vez, se transfieren dos electrones entre los iones:
Representa el enlace iónico en el óxido de magnesio mediante un diagrama de puntos y cruces. Incluye la carga de cada ion y la fórmula del compuesto.
Solución:
El magnesio tiene una configuración electrónica de 1s2 2s2 2p6 3s2. Al estar en el grupo 2, para conseguir una capa externa completa, cada átomo necesita perder dos electrones de su subcapa 3. Entonces, forma un catión con una carga de 2+ y una configuración electrónica de 1s2 2s2 2p6.
El oxígeno, sin embargo, tiene la configuración electrónica 1s2 2s2 2p4. Cada átomo necesita ganar dos electrones para formar un anión con una carga de 2- y una configuración electrónica de 1s2 2s2 2p6. Como está en el grupo 6, 6 - 8 = -2
Observa que cada átomo de magnesio pierde dos electrones, mientras que cada átomo de oxígeno gana dos electrones. La relación entre los iones de magnesio y los iones de oxígeno es, por tanto, de 1:1; esto nos da la fórmula MgO.
Este es el diagrama final de puntos y cruces:
Fig. 4: Un diagrama de puntos y cruces del compuesto iónico MgO.
Sin embargo, algunos compuestos no tienen una relación simple de 1:1 entre cationes y aniones. Un ejemplo es el fluoruro de calcio.
Representa la configuración electrónica de los iones del fluoruro de calcio. Indica cuántos electrones pierde o gana cada átomo y da la fórmula química del compuesto.
Solución:
El calcio está en el grupo 2 y tiene la configuración electrónica [Ar] 4s2. Para conseguir una capa externa completa, cada átomo de calcio necesita perder dos electrones de su subcapa 4s, lo que da a cada ion de calcio la configuración electrónica [Ar].
El flúor tiene la configuración electrónica [He] 2s2 2p5. Cada átomo de flúor necesita ganar un electrón para formar un ion fluoruro con la configuración electrónica [He] 2s2 2p6, que podemos escribir como [Ne].
Observa que mientras que cada átomo de calcio pierde dos electrones, cada átomo de flúor gana solo uno. Por tanto, necesitamos el doble de átomos de flúor que de calcio. Esto da al fluoruro de calcio la fórmula CaF2.
¿No estás familiarizado con la configuración de los electrones? Consulta Configuración electrónica para obtener más información.
Los compuestos iónicos no forman moléculas. En su lugar, forman estructuras conocidas como redes cristalinas iónicas. No sabemos exactamente cuántos iones tiene, pero sí sabemos que es una cantidad exorbitante, tanto que ¡la red podría extenderse infinitamente! Sin embargo, sí conocemos la proporción de los iones: en el cloruro de sodio (como se ha explicado anteriormente) la relación entre los iones de sodio y los de cloruro es de 1:1. El compuesto forma una red repetitiva que se extiende en todas las direcciones. Cada ion cargado positivamente se une iónicamente a todos los iones negativos que lo rodean; no solo a un ion en particular, y viceversa, como se muestra a continuación:
Observa que la red se extiende infinitamente en todas las direcciones, y que cada ion se enlaza con hasta seis iones de carga opuesta.
Los enlaces iónicos son muy fuertes, lo que significa que se requiere de mucha energía para romperlos. También, sabemos que las especies con enlaces iónicos forman redes cristalinas iónicas, formadas por iones de carga opuesta que están unidos por fuertes enlaces iónicos.
Esto les confiere ciertas propiedades:
Sabemos que un enlace iónico es la atracción electrostática entre iones con cargas opuestas. La fuerza del enlace iónico depende de la fuerza de esta atracción. Esto significa que no todos los compuestos iónicos se crean por igual, pues algunos son más fuertes que otros:
Compara la fuerza de los enlaces iónicos formados por:
Solución:
El aluminio forma iones 3+, mientras que el magnesio forma iones 2+. En consecuencia, el aluminio forma enlaces iónicos mucho más fuertes que el magnesio.
El sodio y el potasio forman, ambos, iones con carga 1+. Sin embargo, el sodio es un ion mucho más pequeño que el potasio y, por tanto, forma enlaces iónicos más fuertes.
El radio iónico no solo depende del número de capas de electrones del ion, sino también de su carga.
En primer lugar, los iones con más capas de electrones tienen radios iónicos mayores que los iones con menos capas de electrones. Esto significa que a medida que se desciende a través de los grupo de la tabla periódica, el radio iónico aumenta.
Pero los iones con el mismo número de capas de electrones pueden tener radios iónicos diferentes. De hecho, cuando un átomo se convierte en un ion, su radio cambia. Todo ello gracias a la ganancia o pérdida de electrones:
Los cationes tienen un radio más pequeño que sus átomos originales. Esto se debe a dos razones:
Los aniones tienen un radio más grande que sus átomos originales. Esto se debe a que han ganado electrones, lo que disminuye su relación protón:electrón. Esto disminuye la atracción entre los protones positivos del núcleo y las capas de electrones negativos, por lo que los electrones se alejan más del centro del ion. También aumenta la repulsión entre los electrones, debido a la presencia de los electrones ganados.
Resolvamos otro caso:
Describe la tendencia del radio iónico para la serie de iones isoelectrónicos desde N3- hasta Al3+.
Solución:
Los iones isoelectrónicos son iones que tienen la misma configuración electrónica. Esto significa que todos tienen el mismo número de capas de electrones. Si todos fueran átomos, se esperaría que tuvieran los mismos radios.
Sin embargo, se trata de iones con cargas diferentes, por lo que tienen radios iónicos distintos:
Para concluir este artículo, consideraremos las evidencias del enlace iónico: Sabemos que los iones existen gracias a la electrólisis. Cuando se aplica una corriente eléctrica a una solución iónica, los iones se desplazan hacia el electrodo de carga opuesta. Si los iones están coloreados, es fácil ver este movimiento.
Un enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de carga opuesta.
Un enlace iónico es el resultado de la atracción entre iones: átomos que han ganado o perdido electrones. Esto forma una partícula cargada.
Los iones con más capas de electrones tienen radios iónicos mayores que los iones con menos capas de electrones. Esto significa que, a medida que se desciende a través de los grupos de la tabla periódica, el radio iónico aumenta.
Los enlaces iónicos requieren una gran cantidad de energía para romperse. Esto hace que los compuestos iónicos sean duros y fuertes, aunque también son bastante frágiles.
Son solubles en agua y buenos conductores del calor cuando están fundidos o en solución acuosa.
Los compuestos iónicos no forman moléculas. En su lugar, forman estructuras conocidas como redes cristalinas iónicas. Estas, son redes repetitivas que se extiende en todas las direcciones.
Cada ion cargado positivamente se une iónicamente a todos los iones negativos que lo rodean, no solo a un ion en particular, y viceversa.
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