Sólidos Iónicos y Metálicos

8/18/2019 Sólidos Iónicos y Metálicos

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TEMA 3. SÓLIDOS IÓNICOS Y METÁLICOS

QUÍMICA


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Contenidos del Tema 3

1.

Estados de agregación de la materia.

2. Sólidos metálicos.

3. Sólidos iónicos.

TEMA 3. SÓLIDOS IÓNICOS Y METÁLICOS.


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3

Bibliografía

•

R. Chang. FUNDAMENTOS DE QUÍMICA, McGraw-Hill/Interamericana,México 2011 –

Capítulo 1. “El estudio del cambio”. (Apartados 1.3, 1.4).

– Capítulo 7. “Enlace químico I: conceptos básicos”. (Apartados 7.2, 7.3).

– Capítulo 9. “Fuerzas intermoleculares y líquidos y sólidos. (Apartados 9.2, 9.4).

•

M.D. Reboiras. QUÍMICA, LA CIENCIA BÁSICA, Thomson, Madrid 2006. –

Capítulo 1. “La materia, sus propiedades y medida”. (Apartados 1.1, 1.2).

–

Capítulo 3. “Los compuestos químicos”. (Apartados 3.1, 3.2).

– Capítulo 10. “Enlace químico I: conceptos básicos”. (Apartado 10.3).

– Capítulo 11. “Enlace químico II: aspectos adicionales”. (Apartado 11.11)



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1.

Estados de agregación de la materia.

1.1. Cambios de estado.

1.2. Fuerzas entre partículas.

1.3. Sólidos cristalinos y sólidos amorfos.


1. Estados de agregación de la materia.


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Elementos Materia¿Cómo pasamos de los

átomos de loselementos a la materia

que conocemos?...

! Mediante el enlace

químico y las fuerzasintermoleculares


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Estados físicos de la Materia

La Materia se puede presentar en tres estados físicos (Sólido, Líquido, Gas) quedifieren entre sí en propiedades observables a simple vista.

El cambio de un estado a otro se puede conseguir por efecto de la temperatura ode la presión.

Estado Sólido Estado Líquido Estado Gaseoso

Cambios de estado causados por la temperatura a presión constante.



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1. Estados de agregación de la materia. Ejemplo.

Sólido(hielo)

Líquido(agua)

Gas(vapor )



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GASES LÍQUIDOS SÓLIDOS

Sin forma definida.Llenan totalmente el recipiente.

Sin forma definida.Se adaptan al recipiente. Con forma definida.

Compresibles.

Volumen en función de la presión.

Poco compresibles.Volumen definido con pocadependencia de la presión.

Incompresibles.Volumen definido sin dependenciade la presión.

Densidad baja(!O2 = 1,31 kg/m3 a 25ºC, 1atm)

Densidad alta.(!H2O = 1000 kg/m3 a 25ºC, 1atm)

Densidad alta.(! Al = 2700 kg/m3 a 25ºC, 1atm)

Fluidos. Fluidos. No son fluidos.

Difunden rápidamente. Difunden en otros líquidos.Difunden muy lentamente en otrossólidos.

Partículas desordenadas. Partículas con orden próximo. Partículas muy ordenadas.

Partículas lejanas.Mucho espacio vacío. Partículas cercanas. Partículas muy cercanas.

Partículas con movimientorápido y aleatorio. Partículas con movimiento aleatorio. Partículas con movimiento vibratorio.

Características de los tres estados de la materia.




9/549TEMA 3. SÓLIDOS IÓNICOS Y METÁLICOS.

Los cambios de estado son cambios físicos pues un substancia

cambia su apariencia física pero no su composición.

1. Estados de agregación de la materia. Cambios de estado.

Gas

Líquido

Sólido

SublimaciónDeposiciónDesublimación Sublimación inversa

EvaporaciónEbullición

Condensación

Fusión Congelación


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Zona E: el gas se calienta.

Zona D: a una temperaturadeterminada (Tebullición), el líquidopasa a gas de manera progresiva.

Zona C: el líquido se calienta.

Zona B: a una temperaturadeterminada (Tfusión), el sólido pasaa líquido de manera progresiva.

Zona A: el sólido se calienta.

Variación de la temperatura de un sólido al calentarlo (a P constante)

Tfusión

Tebullición

Sólido

Sólido y Líquido

Líquido

Líquido y Gas

Gas


Funcionamiento del “Baño María”

En el caso particular del agua, la transición de líquidoa gas se produce a 100ºC (a P = 1 atm).

Mientras el agua se evapora, la temperatura no sube.


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Evaporación ! Ebullición

La evaporación es un fenómeno de superfície que tiene lugar a cualquier temperatura y estárelacionada con la presión de vapor (pV).

La presión de vapor (pV) se define como la presión ejercida por un vapor en equilibrio

dinámico con su líquido en un recipiente cerrado. Los líquidos volátiles presentan presionesde vapor elevadas a temperatura ambiente y poca interacción entre las partículas del líquido.

La ebullición se da en toda la masa del líquido y sólo tiene lugar a la temperatura deebullición (a una presión definida). La temperatura de ebullición es la temperatura a la cualla presión de vapor iguala la presión externa.

Si la presión externa es 1 atm, la temperatura de ebullición se conoce como punto deebullición.



Evaporación

Presión de vapor


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Gas

Líquido

Sólido

Temperatura Fuerzas entre partículas

Agua: -10ºC ! sólido20ºC ! líquido140ºC ! gas

A 25ºC: oxígeno ! gasagua ! líquidomercurio ! líquidoaluminio ! sólidosal ! sólidodiamante ! sólido

+

-

-

+




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Sustancia Punto de fusión (oC) Punto de ebullición (oC) Estado de agregación

a Tambiente (25ºC)

Oxígeno -218 -183 Gas

Amoníaco -178 -33 Gas

Etanol(alcohol etílico)

-114 78 Líquido

Agua 0 100 Líquido

Mercurio -39 357 Líquido Aluminio 658 2600 Sólido

Cloruro de sodio(sal común)

808 1465 Sólido

Puntos de fusión y ebullición de algunas sustancias


1. Estados de agregación de la materia. Fuerzas entre partículas.


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Estado FísicoVelocidad

Temperatura

Intensidad de lasfuerzas entre

partículasSólido ideal Nula Muy alta

Sólido real Baja Altas

Líquido Intermedia Intermedias

Gas real Alta Bajas

Gas ideal Muy alta Nulas

Relación entre estado físico, intensidad de las fuerzas entre partículas y

temperatura (velocidad de las partículas).




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Elementos

Materia

Sustancias Metálicas

Sustancias Iónicas

Sustancias Covalentes

Sustancias MolecularesMoléculas

En l a c e m

e t á l i c o

Enlace

covalente

Fuerzas

Intermoleculares

Enlace

iónicoIones


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Classificació de les substàncies

Tipos desustancias

Partículasintegrantes

Tipo de interacciónentre partículas

Estado deagregación

a Tambiente

Ejemplos

Iónicas Iones Enlace iónico SólidoNaCl,KBr,

NaHCO3

Metálicas Cationes ye- de valencia

Enlace metálico Sólido(excepto Hg)

Cu,

Fe, Au, Ag,

alcalinos

Covalentes Átomos Enlace covalente Sólido

SiO2,C(d) (diamante),

C(g)

grafito,BN,SiC

Moleculares

Moléculas

Átomos

(gases nobles)

Fuerzas de van der WaalsEnlace de hidrógeno

Depende

Br 2, Ar,CO2,agua,

c. orgánicos



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Sólido cristalino Sólido amorfo

RED CRISTALINA

Orden lejano, periodicidad

Temperatura de fusióndefinida

Anisotropía

1. Estados de agregación de la materia. Sólidos cristalinos y sólidos amorfos.

Orden próximo únicamente

Intervalo de fusión

Isotropía



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Redes cristalinas

Cada tipo de red cristalinase puede definir con unacelda unidad que se repiteperiódicamente.




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Sólido cristalino Sólido amorfo




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Tipo de sólidoTipo de unión enla red cristalina Ejemplos Propiedades generales más destacadas

Sólidos iónicos(aniones o cationes en

los nodos de la red)E. Iónico NaCl, K2SO4 NH4l

Duros. Puntos de fusión y ebullición altos con un

amplio intervalo líquido.

No conducen la corriente eléctrica pero sí conducen

fundidos o en disolución.Solubles en líquidos polares.

Sólidos metálicos(iones positivos enlos nodos de la red)

E. Metálico Ag, bronce, Fe

Dureza variable.Dúctiles, maleables, tenaces.

Puntos de fusión y ebullición altos.

Conduce muy bien la electricidad.Solubles en otros metales líquidos o fundidos.

Sólidos covalentes

(molécula gigantecon átomos en losnodos de la red)

E. Covalente C(d), BN, SiC

Muy duros. Puntos de fusión y ebullición muy altos.

No conducen la corriente eléctrica.Insolubles en disolventes polares y no polares.

Sólidos moleculares(moléculas en losnodos de la red,

átomos en el casode los gases nobles)

F. van der Waalso

E. de hidrógeno

Compuestosorgánicos

no iónicos, H2O,

Br 2, Ar, CO2

Blandos, puntos de fusión y ebullición bajos.

No conducen la corriente eléctrica.

Los apolares son solubles en líquidos polares.

Los polares son solubles en líquidos polares.

1. Estados de agregación de la materia. Sólidos cristalinos.



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2. Enlace metálico.

2.1. Modelos.

2.2. Fuerza de enlace.

2.3. Empaquetamientos.

2.4. Propiedades

2.4.1. Puntos de fusión y ebullición.2.4.2. Conductividad eléctrica.

2.4.3. Densidad.

2.4.4. Propiedades mecánicas. Dureza.2.4.5. Otras propiedades.


2. Enlace metálico.


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El ENLACE METÁLICO se da únicamente entre elementos metálicos (los más

abundantes en la tabla periódica).En este tipo de enlace, se comparten electrones entre TODOS los átomosmetálicos que componen la sustancia.

Existen dos modelos diferentes para ilustrar el enlace metálico:

• El Modelo del mar de electrones (o nube de electrones).

• El modelo derivado de la Teoría de bandas (o de orbitales moleculares).

2. Enlace metálico. Modelos.



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• Modelo del mar de electrones:

Todos los átomos están ionizados por pérdida dee- de valencia.Los cationes metálicos permanecen fijos formandouna red cristalina y los electrones estándeslocalizados a su alrededor formando una nube.

La nube de electrones rodea los cationes y realizaun doble efecto: atrae los cationes por la diferenciade carga y apantalla la repulsión entre cationes.

- Como existe una red cristalina, este enlace da lugar asustancias sólidas (excepto Hg).- Como los electrones son móviles, los metalesconducen la electricidad.- El desplazamiento de los cationes no afectagravemente al enlace pues los electrones son móviles yse pueden reorganizar. Por eso los metales son dúctiles y maleables.




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• Modelo de la Teoría de bandas.

El modelo del mar de electrones no explica ladiferencia de conductividad eléctrica de losmetales. Para una explicación adecuada esnecesario otro modelo.

El modelo de la Teoría de bandas considera quelos orbitales atómicos de elementos metálicosvecinos se combinan entre sí para dar lugar anuevos niveles electrónicos.Cuando se unen suficientes átomos, se formanniveles de energía (o bandas de energía).



Para el caso del litio:- La mitad inferior está llena de electrones (banda de valencia).- La mitad superior no tiene electrones (banda de conducción).- La promoción de electrones de una banda a otra por una diferencia de potencial permitela conducción de la electricidad.- La promoción de electrones debida a la radiación electromagnética permite el efecto

fotoeléctrico.


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Bandas de valencia y de conducción para metales, semiconductores y aislantes.


Bandas devalencia

Bandas deconducción

"E

"E

Metal AislanteSemiconductor



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Bandas de valencia y de conducción para carbono, silicio, germanio y estaño.


La diferencia de energías entre bandas, explica el diferente comportamiento delos elementos del mismo grupo.


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¿De qué depende la fuerza del enlace metálico?a. Del número de electrones de valencia que intervienen en el enlace.

- La fuerza del enlace aumenta a medida que aumenta el número deelectrones compartidos.

b.

Del tamaño de los cationes.- La fuerza del enlace disminuye al aumentar el radio atómico porque

crece la distancia media entre la nube de electrones y el centro delcatión y, en consecuencia, disminuye la fuerza electrostática entreellos.

- ¿Qué metal tendrá un enlace más fuerte?• Mg ó Ca• Al ó Na

2. Enlace metálico. Fuerza de enlace.



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2. Enlace metálico. Empaquetamientos.

Algunas propiedades de los metales

dependen del empaquetamiento delos cationes en la red cristalina.

Existen diferentes maneras de formarla red cristalina pero predominan losíndices de coordinación elevados

(nº de cationes adyacentes a uncatión determinado).

Cada red se puede definir con unacelda unidad que se repi te

periódicamente. Las principales son:- Cúbica centrada en el cuerpo-

Cúbica centrada en las caras- Hexagonal.



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30TEMA 3. SÓLIDOS IÓNICOS Y METÁLICOS.


Estructura

Cúbicacentrada en el cuerpo

(body-centered cube)

Cúbicacentrada en las caras

(face-centered cube)

Hexagonal compacta

(hexagonal close packing )

Celda unidad

Siglas bcc fcc hcp

IC 8 12 12

Nº de átomospor celda unidad

2 4 2

Espacio vacío 32% 26% 26%

Ejemplos

Fe, Ba,alcalinos (Li, Na, K,!),

Grupo 5 (V, !),Grupo 6 (Cr , Mo, W).

Ca, Sr, Al, Pb, Rh, Ir,Grupo 10 (Ni, Pd, Pt),

Grupo 11 (Cu, Ag, Au).

Be, Mg, Zn, Co, Cd,Tc, Re, Ru, Os,

Grupo 3 (Sc, I, La, Ac),Grupo 4 (Ti, Zr,!).


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Solamente los empaquetamientos hexagonal y cúbico centrado en las caras son

compactos (74% de ocupación).La diferencia entre ellos estriba en la ordenación relativa de las capas de cationes.

Esta ordenacióngenera una celda hcp

Esta ordenacióngenera una celda fcc



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2. Enlace metálico. Propiedades. Puntos de fusión y de ebullición.

Puntos de fusión y de ebullición.

•

Son muy variados debido al gran número de metales diferentes.•

Los puntos de fusión varían desde los -39 ºC (Hg) hasta los 3410 ºC (W).• Los puntos de ebullición van de 357 ºC (Hg) hasta 5660 ºC (W).

•

Para los elementos representativos, aumentan con el número de e- de valencia ya medida que disminuye el radio de los cationes.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14180 Li

1347

1280 Be

2970 98 Na

883

649 Mg

1090

660 Al

2467 64

K

774

838

Ca

1484

1539

Sc

2832

1660

Ti

3287

1890

V

3380

1857

Cr

2672

1244

Mn

1962

1535

Fe

2750

1495

Co

2870

1453

Ni

2732

1083

Cu

2567

420

Zn

907

30

Ga

2403

937

Ge

2830

39 Rb

688

770 Sr

1384

1523 Y

3337

1852 Zr

4377

2468 Nb

4742

2617 Mo

4612

2172 Tc

4877

2310 Ru

3900

1966 Rh

3727

1552 Pd

3140

962 Ag

2212

321 Cd

765

157 In

2080

232 Sn

2270

29 Cs

678

725 Ba

1640

920 La

3454

2227 Hf

4602

2996 Ta

5425

3410 W

5660

3180 Re

5627

3045 Os

5027

2410 Ir

4130

1772 Pt

3827

1064 Au

2807

-39 Hg

357

303 Tl

1457

327 Pb

1740

Puntos de fusión (arriba) y de ebullición (abajo) de los metales.



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Conductividad eléctrica

•

La plata es el mejor conductor, seguida del cobre, del oro y del aluminio.• A menor temperatura la conducción es mejor porque los cationes oscilanmenos y facilitan el paso de los electrones.

2. Enlace metálico. Propiedades. Conductividad eléctrica.

IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB IIB IIIA IVA

Li

9,5

Be

3,8

Na 4,9

Mg 4,4

Al 2,7

K 7,5

Ca 3,4

Sc 55

Ti 40

V 20

Cr 12,7

Mn 144

Fe 10

Co 6

Ni 7,2

Cu 1,72

Zn6,0

Ga 14

Ge -

Rb 13,3

Sr 13,3

Y 60

Zr 43,3

Nb 15,2

Mo 5,5

Tc 22

Ru 7,1

Rh 4,3

Pd 10,8

Ag 1,63

Cd 7

In 8

Sn 11,5

Cs 21

Ba 34

La 61,5

Hf 34

Ta 13,5

W 5,4

Re 18

Os 8,1

Ir 4,7

Pt 10,6

Au 2,2

Hg 96

Tl 15

Pb 21


Resistividad eléctrica de los metales. (10-8 # m)


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Densidad • En general, al ser sólidos compactos pueden llegar a ser muy densos.

•

Los metales alcalinos tienen densidades bajas, cercanas a 1 g"cm-3 (empaquetamiento bcc).

• Algunos metales de transición son muy densos (W 19,35 g"cm-3).•

La densidad aumenta con el período y el grupo aunque hay excepcionesdebidas a la variación del radio de los elementos de los períodos 5 y 6.

2. Enlace metálico. Propiedades. Densidad.

IA

IIA

IIIB

IVB

VB

VIB

VIIB

VIII

IB

IIB

IIIA

IVA

Li

0,53 Be

1,85

Na 0,97

Mg 1,74

Al 2,70

K

0,86

Ca

1,55

Sc

3

Ti

4,51

V

6,1

Cr

7,19

Mn

7,43

Fe

7,86

Co

8,9

Ni

8,9

Cu

8,96

Zn7,14

Ga

5,91

Ge

5,32

Rb

1,53 Sr

2,6 Y

4,47 Zr

6,49 Nb

8,4 Mo

10,2 Tc

11,5 Ru

12,2 Rh

12,4 Pd

12,0 Ag

10,5 Cd

8,65 In

7,31 Sn

7,30

Cs 1,90

Ba 3,5

La 6,17

Hf 13,1

Ta 16,6

W 19,3

Re 21,0

Os 22,6

Ir 22,5

Pt 21,4

Au 19,3

Hg 13,6

Tl 11,85

Pb 11,4

TEMA 3. SÓLIDOS IÓNICOS Y METÁLICOS.Densidad de los metales (g"cm-3)


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Propiedades mecánicas: dureza

Los metales son dúctiles (se pueden hilar) y maleables (se pueden laminar). Estaspropiedades se deben a que es posible el desplazamiento de los cationes .

La dureza varía bastante entre los elementos:- Los alcalinos presentan enlaces débiles (pocos electrones de valencia).-

Elementos con más electrones de valencia pueden ser muy duros (Ti, W, Fe!).

2. Enlace metálico. Propiedades. Propiedades mecánicas. Dureza.



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IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB IIB IIIA IVA

Li

0,6

Be

5,5

Na 0,5

Mg 2,5

Al 2,75

K

0,4

Ca

1,75

Sc

-

Ti

6,0

V

7,0

Cr

8,5

Mn

6,0 Fe

4,0 Co

5,0 Ni

4,0 Cu

3,0 Zn2,5 Ga

1,5

Ge

6,0

Rb 0,3

Sr 1,5

Y -

Zr 5,0

Nb 6,0

Mo 5,5

Tc -

Ru 6,5

Rh 6,0

Pd 4,75

Ag 2,5

Cd 2,0

In 1,2

Sn 1,5

Cs

0,2

Ba

1,25

La

-

Hf

5,5

Ta

6,5

W

7,5

Re

7,0 Os

7,0 Ir

6,5 Pt

3,5

Au

2,5 Hg

-

Tl

1,2 Pb

1,5

Dureza de los metales. Escala de Mohs (de 1 a 10).

G.V. Samsonov (Ed.) in Handbook of the physicochemical properties of the elements, IFI-Plenum, New York, USA, 1968.

2. Enlace metálico. Propiedades. Propiedades mecánicas. Dureza.



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• Conducción del calor . Los metales son buenos conductores, la transferencia

de energía (mediante choques entre partículas) es fácil debido a los electronesmóviles.

• Brillo. Dada la variedad de niveles electrónicos (bandas), los metales puedenabsorber y emitir radiación electromagnética cuando son excitados, por eso

son brillantes. El oro y el cobre absorben parte de la radiación azul y por esoson dorados.

• Emisión de electrones. Los electrones se pueden arrancar fácilmente porefecto del calor (efecto termoiónico) y por la luz (efecto fotoeléctrico).

• Solubilidad. Los metales sólo son solubles en otros metales fundidos olíquidos (Hg).

2. Enlace metálico. Propiedades. Otras propiedades


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3. Enlace iónico.

3.1. Iones.

3.2. Redes cristalinas.

3.3. Fuerza de enlace.

3.4. Propiedades.

3.4.1. Puntos de fusión y ebullición y densidad3.4.2. Propiedades mecánicas.

3.4.3. Solubilidad

3.4.4. Conductividad eléctrica y térmica3.4.5. Excepciones.


3. Enlace iónico.


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El ENLACE IÓNICO se fundamenta en la unión de iones de signo

contrario que se atraen por fuerzas electrostáticas.

NaCl: Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 = [Ne] 3s1 Na+: [Ne]Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 = [Ne] 3s2 3p5 Cl-: [Ne] 3s2 3p6= [Ar]

"

Los elementos metálicos forman cationes monoatómicos: Na+, Ca2+, Fe3+, ! " Los elementos no metálicos forman aniones monoatómicos pero también

pueden formar iones poliatómicos que pueden ser cationes o aniones:- Aniones monoatómicos: Cl-, O2-, N3-.! - Aniones poliatómicos: SO42-, NO3-, H2PO4-, ! - Cationes poliatómicos: NO2

+, NH4+, ClO+, !

3. Enlace iónico. Iones.



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3. Enlace iónico. Redes cristalinas.

La disposición de cationes y aniones da lugar a REDES CRISTALINAS.

Las más frecuentes y características son:- Tipo cloruro de cesio.- Tipo cloruro de sodio.- Tipo blenda de zinc (o esfalerita)

Cloruro de sodio

Cloruro de cesio

Blenda de zinc



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3. Enlace iónico. Redes cristalinas.

El tipo de RED CRISTALINA depende de la relación entre los radios de

los cationes y los aniones (aunque hay excepciones).

Compuestos de Estequiometría AB

Relación de radios IC Estructura tipo Ejemplos

0.225< r+ / r-


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43

1,23CsF

1,08RbF

0,98KF

0,82RbCl

0,76RbBr

0,73KCl0,83CsCl

0,52CuCl0,69RbI0,83CsBr

0,5CuBr0,68KBr0,83TICl

0,47ZnS0,62KI0,77CsI

0,43CuI0,53NaCl0,77TIBr

0,2BeS0,43NaI0,67TII

r + / r - Sustanciar + / r - Sustanciar + / r - Sustancia

Estructura tipo ZnS(blenda)Estructura tipo NaClEstructura tipo CsCl

Relación entre radios y estructuras de los sólidos iónicos AB

0.225< r+ / r-


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¿De qué depende la fuerza del enlace iónico?Para que el enlace tenga lugar, los átomos de metal deben perderelectrones (energía relacionada con el potencial de ionización, PI) y losátomos de no metal deben ganar electrones (energía relacionada con laafinidad electrónica, AE).

Pero PI y AE se definen para átomos en estado gaseoso.

Para poder analizar las energías que intervienen en un enlace iónicoutilizamos un ciclo termodinámico: el ciclo de Born-Haber.

3. Enlace iónico. Fuerza de enlace.



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El ciclo de Born-Haber da el balance energético en la formación de un enlaceiónico. Consta de 3 etapas:

A.

formación de átomos gaseosos a partir de las sustancias elementalesB. ionización de átomos en fase gasC. formación de la red cristalina

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

Cl(g) + Na(g) Cl-(g) Na+(g)+

U

PI + AE

1/2D +

Hof

Hs

Hof = entalpía de formación, energía implicada en la transformación de las substancias elementales enun sólido iónico.D = energía de disociación del enlace covalente Cl-Cl.

Hs = entalpía de sublimación, energía implicada en cambiar de estado sólido a gas.PI = potencial de ionización.AE = afinidad electrónicaU = energía reticular

A)

B)

C)



Hof (NaCl(s))= Hs + " D + PI + AE + U


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46

)n

11(

d

eZNZ AU

2

21!=



Hof (NaCl(s))= Hs + " D + PI + AE + U = 109 + (244/2) + 496 -348 -790 = -411kJ

Como era de esperar, cuanto más pequeño sea elpotencial de ionización y más negativa sea laafinidad electrónica del no metal, más fácilmentese formará el compuesto iónico.

Es importante recordar que el proceso de ionización sehace más desfavorable a medida que se forman máscargas (potenciales de ionización sucesivos).

Aparece un término nuevo: la Energía reticular

(U) que es la que estabiliza el compuesto.

U


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A = constante de Madelung (varía entre 1,6 y 25). Depende de la estructura.N = número de Avogadro = 6,023 1023 Z 1 i Z 2 = número de cargas del catión y del anión (con signo)e = carga del electrón = 1,602 x 10-19 C

d = distancia de equilibrio (distancia entre los centros de los iones adyacentes)n = constante (varía entre 5 y 11)

Teniendo en cuenta la expresión aproximada y considerando que cuanto másnegativa sea la energía reticular, más grande será la fuerza de enlace, podemosconcluir que el enlace será más fuerte:

a) cuando el producto de cargas sea mayor ,

b) cuando el radio de los iones sea menor .

U =

A·

N · Z 1· Z 2 ·e2

d (1!

1

n )"

constante·

Z 1· Z 2

d




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En general, el enlace iónico es un enlace fuerte debido a la interacción

electrostática que atrae los iones de carga diferente.o El enlace será más fuerte cuanto mayores sean las cargas y menores los iones.o Si estos parámetros son similares, será necesario considerar el factor de la

estructura (en función de la constante de Madelung).

Puntos de fusiónVarían desde aproximadamente 200ºC hasta 3000oC y, por tanto, son compuestossólidos a temperatura ambiente.

Puntos de ebulliciónSon altos y varían como los puntos de fusión. Algunas sustancias subliman o

descomponen antes de hervir.

DensidadSon sustancias densas (de 1 a 4 g"cm-3) pero menos de lo que se podría esperarpues a menudo se producen defectos en los cristales y aparecen huecos.


3. Enlace iónico. Propiedades. Puntos de fusión y ebullición y densidad.


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Temperaturas de fusión y ebullición y densidades de algunas sustancias iónicas

SustanciaTfusión

(ºC)Tebullición

(ºC)Densidad

(g/cm3)Sustancia

Tfusión(ºC)

Tebullición (ºC)

Densidad(g/cm3)

NaF 988 1695 2,78 KF 846 1505 2,48

NaCl 801 1413 2,16 KCl 776 1500s 1,99

NaBr 755 1390 3,20 KBr 730 1435 2,75

NaI 651 1304 3,67 KI 686 1330 3,12

Na2O 1275s - 2,27 K2O 350d - 2,35

Na2S 1180 - 2,68 K2S 840 - 1,74

KNO3 334 400d 2,11 CaCl2 772 >1600 2,15KHSO4 214 d 2,20 CaO 2580 2850 3,35

CaSO4 1450 - 2,96 Ca(NO3)2 561 - 2,50


s: sublimad: descompone

3. Enlace iónico. Propiedades. Puntos de fusión y ebullición y densidad.


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Propiedades mecánicas

Los compuestos iónicos son duros y difíciles de rayar ya que el enlace esfuerte.

Pero también son frágiles porque si se mueven unas capas de iones sobreotras se enfrentan iones del mismo signo que se repelen y el cristal se

rompe.


3. Enlace iónico. Propiedades. Propiedades mecánicas.


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Solubilidad

En general, los sólidos iónicos son solubles en disolventes polares (comoel agua) e insolubles en disolventes apolares. Los disolventes polaresrodean los iones y los separan de la red cristalina.

No obstante, hay compuestos iónicos que no se disuelven en agua (ejemplos: losóxidos de metales divalentes y trivalentes pues su enlace es muy fuerte, Tema 9).

Disolución deNaCl en agua.

3. Enlace iónico. Propiedades. Solubilidad.


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3. Enlace iónico. Propiedades. Conductividad eléctrica y térmica.

Conductividad eléctrica

Los compuestos iónicos no conducen la electricidad en estado sólido porque laspartículas cargadas están inmóviles en la red cristalina.Sí conducen en estado líquido (si funden) o en disolución acuosa (si sedisuelven).

Conductividad térmica.Los compuestos iónicos no son buenos conductores del calor.

No conduce

Conduce


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Excepciones:

Existen compuestos iónicos que se desvían de las propiedadesgenerales.

Por ejemplo, las sales de aluminio a menudo presentan enlaces concarácter covalente y tienen propiedades intermedias entrecompuestos iónicos y covalentes

El corindón (Al2O3) es una de las substancias más duras (9 en la escala deMohs, sólo por debajo del diamante).

El AlCl3 al fundir no separa sus iones sino que forma moléculas (Al2Cl6) y, poreso, no conduce la electricidad en estado líquido.

3. Enlace iónico. Propiedades. Excepciones.

Sólidos Iónicos y Metálicos

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