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 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.
- Este artículo trata sobre el enlace iónico.
- Definiremos el enlace iónico antes de ver ejemplos y diagramas de compuestos iónicos comunes.
- A continuación, exploraremos las redes iónicas cristalinas y sus propiedades.
- Luego, estudiaremos la fuerza del enlace iónico y el radio iónico.
- Por último, comprenderemos las pruebas del enlace iónico.
¿Qué es el enlace iónico?
Un enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de carga opuesta.
Propiedades del enlace iónico
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.
Características del enlace iónico
Veamos algunas de las características del enlace iónico:
¿Qué es un ion?
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.
- El metal tiene electrones de más que cede al no metal. Entonces, el metal queda con un número de electrones menor, lo que se traduce en una carga más positiva que lo convierte en un catión.
- El no metal acepta los electrones del metal. De este modo, adquiere un número mayor; esto significa una carga más negativa, convirtiéndose en un anión.
- Ambos iones terminan con las capas externas llenas de electrones, así anulan mutuamente sus cargas para dar lugar a un compuesto neutro.
A esta transferencia de electrones y a la cantidad que cada átomo gana y pierde se le denomina electrovalencia.
Atracción electrostática
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.
¿Qué es un compuesto iónico?
Un compuesto iónico es un compuesto que tiene uno o más enlaces iónicos entre sus átomos.
Valencia iónica
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:
- En primer lugar, determinamos cuántos electrones necesita perder o ganar cada elemento para conseguir una capa externa completa. Los metales pierden electrones, mientras que los no metales los ganan. Esto también nos indica la carga del ion que se forma: recordemos que al ganar electrones se obtiene una carga negativa, mientras que al perderlos se obtiene una carga positiva.
- A continuación, utilizamos el número de electrones perdidos o ganados por cada elemento, para calcular su proporción en el compuesto; esto nos da su fórmula química.
- Por último, dibujamos los iones mediante diagramas de puntos y cruces. Estos muestran sus nuevas configuraciones electrónicas. Colocamos los iones dentro de los corchetes y escribimos la carga del ion en el exterior.
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.
Ejemplo de enlaces iónicos
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.
Redes cristalinas iónicas
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.
¿Cuáles son las propiedades de los compuestos iónicos?
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:
- Tienen puntos de fusión y ebullición altos, porque la atracción electrostática entre los iones es fuerte y requiere mucha energía para superarla. Por ello, suelen ser sólidos a temperatura ambiente.
- Los iones cargados de los compuestos iónicos pueden formar enlaces con moléculas de agua. La energía liberada supera los enlaces iónicos que mantienen unida la red y disuelve el compuesto, lo que significa que los compuestos iónicos son solubles en agua.
- Cuando están fundidos, o en solución acuosa, los compuestos iónicos pueden conducir la electricidad. Esto se debe a que los iones son libres de moverse y llevar una carga.
- Los compuestos iónicos son duros y resistentes, debido a la gran fuerza de la atracción electrostática entre los iones con cargas opuestas.
- Los compuestos iónicos son, sin embargo, bastante frágiles: si se les da un golpe fuerte, se puede distorsionar la estructura cristalina. Esto da lugar a que dos iones con la misma carga se acerquen y, porteriormente, se repelan entre sí. De esta forma, se rompe el compuesto.
Fuerza del enlace iónico
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:
- Los iones con mayor carga experimentan un enlace iónico más fuerte. Esto se debe a que la atracción entre ellos y los iones de carga opuesta es mucho más fuerte.
- Los iones más pequeños experimentan un enlace iónico más fuerte. Esto se debe a que hay menos distancia entre el núcleo y los electrones de la capa externa y, por tanto, la atracción entre ellos es más fuerte.
Compara la fuerza de los enlaces iónicos formados por:
- El aluminio y el magnesio.
- El sodio y el potasio.
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.
Radio iónico
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:
- En primer lugar, para conseguir una capa externa completa de electrones, necesitan perder toda su capa externa. Esto disminuye inmediatamente su radio.
- Además, como han perdido electrones, ahora también tienen una mayor relación protón:electrón. Esto aumenta la atracción entre los protones positivos del núcleo y las capas de electrones negativas. Así se acercan los electrones al centro del ion.
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:
- El N3- es el ion más negativo y, en consecuencia, tiene el mayor radio iónico.
- Por el contrario, el Al3+ es el ion más positivo y, por tanto, tiene el radio iónico más pequeño.
Evidencias del enlace iónico
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.
Enlace iónico - Puntos Clave
- El enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de carga opuesta.
- Los compuestos iónicos están formados por cationes metálicos y aniones no metálicos. El metal cede electrones al no metal, para que ambos alcancen una configuración de gas noble.
- Ejemplos de compuestos iónicos son NaCl, MgO y CaF2.
- Los compuestos iónicos forman redes iónicas cristalinas, no moléculas.
- 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. También son solubles en agua y buenos conductores del calor cuando están fundidos o en solución acuosa.
- La fuerza del enlace iónico depende del tamaño del ion y de su carga.
- El radio iónico depende del número de capas de electrones y de la carga del ion.
- La electrólisis proporciona pruebas del enlace iónico y de la existencia de iones.
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