El enlace iónico aparece cuando dos átomos de elementos de muy diferente electronegatividad se aproximan, y el más electronegativo le arranca uno o más electrones al otro, formándose así sendos iones de distinto signo, que a continuación, se atraen por medio de fuerzas electrostáticas de Coulomb. Generalmente, los iones resultantes suelen cumplir la regla del octeto.
Para que el enlace iónico se forme, la diferencia de electronegatividad entre los dos elemento simplicados debe ser superior a 1.8, si es inferior, el enlace será covalente polar, y si es 0, covalente.
Naturalmente, esto no ocurre entre dos átomos, sino que es un fenómeno que implica un enorme número de ellos, y el resultado es un compuesto sólido, en el que los iones están distribuidos por la estructura de manera que la energía de interacción se minimiza, teniendo en cuenta fundamentalmente dos factores: la carga de los iones (que determina la estequiometría del compuesto) y su tamaño relativo.
La regla del octeto, antes mencionada, fue formulada por Lewis en 1920, y se basa en la observación de que los iones que forman los elementos tienden a replicar la configuración electrónica de los gases nobles, que tienen 8 electrones en la capa exterior (s2p6).
Los iones resultantes se distribuyen espacialmente, minimizando la energía potencial eléctrica de interacción entre ellos mismos, dando lugar a muy diferentes estructuras iónicas, que dependen tanto de la estequiometría del compuesto como del tamaño relativo de los iones que lo forman.
El parámetro energético que caracteriza a los compuestos iónicos es la energía reticular, que es la energía desprendida cuando se forma un mol de compuesto iónico a partir de los iones en fase gaseosa.
NO NM
El enlace iónico es muy fácil de modelizar, debido a que es posible cuantificar las interacciones entre los átomos mediante la ley de Coulomb. Al hacerlo, resulta una expresión matemática para la magnitud que va a medir dicha interacción: la energía reticular. Se denomina energía reticular a la energía desprendida cuando se forma un mol de compuesto iónico sólido a partir de los iones en fase gaseosa:
Donde:
- K=9·109 N·m2/C2, constante electrostática
- A: constante de Madelung, típica de cada estructura (ver tabla abajo)
- NA=6.02·1023, número de Avogadro
- Z+, Z-: cargas de los iones
- e=1.6·10-19 C, carga del electrón
- d0: distancia interiónica
- n=parámetro de compresibilidad de la red, que depende de las configuraciones electrónicas de los iones (ver tabla abajo)
Estructura
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Constante de Madelung
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NaCl
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1.7476
|
CsCl
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1.7627
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ZnS (blenda)
|
1.6380
|
ZnS (wurtzita)
|
1.6413
|
CaF2
|
2.5194
|
TiO2
|
2.3850
|
Tipo de ión
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Ejemplo
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n
|
He
|
LiH
|
5
|
Ne
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NaF, MgO
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7
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Ar
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KCl, CaS, CuCl
|
9
|
Kr
|
RbBr, AgBr
|
10
|
Xe
|
CsI
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12
|
Calculador de energías reticulares
Lo más importante de esta expresión es que muestra que los parámetros críticos que determinan la energía reticular son, en este orden: el producto de las cargas y la distancia interiónica.
Los valores de energía reticular calculados con esta expresión no se pueden cotejar directamente con valores experimentales, debido a que no es posible medir directamente esta magnitud. Sin embargo, se pueden obtener valores semiempíricos mediante un ciclo termodinámico denominado ciclo de Born-Haber. Por ejemplo, para el NaCl:
Lo más importante de esta expresión es que muestra que los parámetros críticos que determinan la energía reticular son, en este orden: el producto de las cargas y la distancia interiónica.
Los valores de energía reticular calculados con esta expresión no se pueden cotejar directamente con valores experimentales, debido a que no es posible medir directamente esta magnitud. Sin embargo, se pueden obtener valores semiempíricos mediante un ciclo termodinámico denominado ciclo de Born-Haber. Por ejemplo, para el NaCl:
Problemas enlace iónico
Los compuestos iónicos suelen tener puntos de fusión altos, debido a los altos valores de energía reticular; son duros (resistencia a ser rayados), por la misma razón; suelen ser solubles en agua; son aislantes térmicos y eléctricos, aunque en estado fundido o en disolución sí conducen la electricidad; por último son frágiles, pues leves deformaciones de la red enfrentan entre sí a iones del mismo signo, generando repulsiones que rompen el cristal. El valor de la energía reticular determina estas propiedades, de modo que cuanto mayor es ésta, mayor será el punto de fusión y la dureza, por ejemplo.
Los compuestos iónicos presentan las siguientes propiedades generales:
- Altos puntos de fusión y ebullición, debido a la fortaleza del enlace iónico (alta energía reticular).
- Frágiles y exfoliables, pues un pequeño golpe seco basta para enfrentar iones de distinto signo y producir la repulsión y rotura del cristal.
- Duros, pues rayar el material supone arrancar iones que están fuertemente unidos entre sí por las fuerzas electrostáticas.
- Son aislantes eléctricos y térmicos en estado sólido, pero conducen la electricidad en estado fundido, por la presencia de iones libres.
- Suelen ser solubles en agua, debido a que el agua, que es una molécula polar, es capaz de interactuar con los iones y unirse a ellos en un proceso que se denomina hidratación. Los compuestos iónicos no solubles en agua lo son porque la interacción entre los iones es más fuerte que con el agua.
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