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Fundamentos del enlace iónico y tipos de redes cristalinas

El enlace iónico se da entre elementos metálicos (electropositivos) y elementos no metálicos (electronegativos). Por ejemplo, las combinaciones de metales alcalinos y alcalinotérreos (los dos primeros grupos de la tabla periódica) y los halógenos (F, Cl, Br…) forman compuestos típicamente iónicos. Como su propio nombre indica, un compuesto iónico presenta un enlace que se da por atracción electrostática entre iones: entre cationes procedentes del metal, de carga positiva, y aniones procedentes del no metal, de carga negativa.

¿Cómo es posible que estos compuestos formen iones? Bueno, podríamos decir de forma genérica que los metales tienen cierta tendencia a ceder electrones y los no metales tienen cierta tendencia a captarlos. Aunque, como explicaremos en el vídeo el proceso es endotérmico (hay que aportar energía para formar los iones), éste aumento energético se verá compensado por la posterior formación de una red cristalina.

Consideremos el cloruro sódico, NaCl, la sal común (sal de cocina). El sodio es un metal alcalino que tiene, por tanto, un electrón en la capa de valencia. El cloro es un halógeno que tiene 7 electrones en la capa de valencia. Así, sus respectivas configuraciones electrónicas son:

Na (Z = 11): 1s2 2s2 2p6 3s1

Cl (Z = 17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Como vemos, si el sodio pierde un electrón, quedará como catión sodio, Na+, y adquirirá la configuración electrónica del gas noble anterior, el neón. Por su parte, el cloro, muy electronegativo, tiene 7 electrones en la última capa. No tiene sentido pensar que pierda 7 electrones, sino que capta uno (el electrón que cede el sodio) para dar el anión cloruro y quedar, también, con una configuración electrónica de gas noble, en este caso la del argón. Recordemos que la configuración electrónica de un gas noble, con 8 electrones en la última capa, es muy estable, por lo que el Na+ y el Cl- también son muy estable. Tendremos, por tanto:

Configuraciones electrónicas del sodio y el catión sodio. El catión ha perdido el electrón 3s.

Configuración electrónica del sodio y del catión sodio (ha perdido el electrón 3s).

Configuraciones electrónicas cloro y anión cloruro. El cloruro ha captado un electrón en la última capa.

Configuración electrónica del cloro y del anión cloruro (ha ganado un electrón en un orbital 3p).

Al número de electrones que un metal cede o un no metal capta en la formación de un compuesto iónico se le llama valencia iónica o electrovalencia.

Por tanto, en la formación de un compuesto iónico el metal cede electrones, quedando como un catión, y el no metal capta electrones, quedando como un anión. Los cationes y aniones formados se mantienen después unidos entre sí por atracción electrostática, formando una red cristalina altamente ordenada.

En realidad, el paso de Na a Na+ y de Cl a Cl- es un proceso globalmente desfavorable (endotérmico) según vemos en los siguientes valores de energía:

Ecuación del proceso de ionización del sodio

Ecuación de la afinidad electrónica del cloro

A pesar de que hemos dicho que los metales tienen tendencia a ceder electrones y los no metales a captarlos, se puede observar en los datos previos que para obtener un mol de Na+ y un mol de Cl- hay que aportar una energía global de 146 kJ /mol (495 – 349). Este aporte energético inicial se ve compensado por la posterior formación de un compuesto en forma de red, que constituye el compuesto iónico. En la formación del compuesto iónico se desprende una cantidad muy grande de energía, que recibe el nombre de energía reticular.

Así, la energía reticular, representada como Ur , se define como la energía desprendida cuando se forma un mol de compuesto iónico a partir de los iones en estado gaseoso:

Formación de cloruro sódico: desprendimiento de la energía reticular

¿Qué significa que sea una red cristalina? Significa que es una estructura sólida altamente ordenada, formada por cationes y aniones siempre en la misma proporción (la proporción estequiométrica para mantener la neutralidad eléctrica) y en las mismas posiciones fijas. Las posiciones fijas establecidas para los cationes y los aniones dependen del tipo de red iónica que tengamos. No todas las redes iónicas son iguales, tenemos distintos tipos de estructuras.

Como cada ión genera a su alrededor un campo eléctrico que es igual en las tres direcciones del espacio, cada uno de ellos tiende a rodearse de un número fijo de iones de signo contrario. Este número recibe el nombre de índice de coordinación o número de coordinación. El índice de coordinación varía según el tipo de red. Por ejemplo, en el caso del NaCl, cada sodio se rodea de 6 cloruros y cada cloruro se rodea de 6 sodios. El número de coordinación para ambos iones es 6, es una estructura (6,6), que recibe el nombre de estructura cúbida centrada en las caras:

Estructura cúbica centrada en las caras del cloruro sódico

Estructura cristalina del cloruro sódico, NaCl. Los cloruros aparecen en verde y los sodios en morado. Se puede observar que cada sodio se rodea de 6 cloruros (índice de coordinación) porque no hay espacio para más.

El índice de coordinación del catión y del anión en una red cristalina depende, esencialmente, de dos factores:

  • Tamaño de los iones. El valor del radio de los iones marcará la distancia a la que se pueden situar por una simple cuestión de espacio. Por ejemplo, el sodio catiónico, Na+, tiene un radio de 0,95A, y el cloruro de 1,81A. Esta diferencia de tamaños hace que cada sodio sólo se pueda rodear de 6 cloruros. En el caso de redes cuyos tamaños iónicos son más semejantes, como por ejemplo el cloruro de cesio, CsCl (Cs+ 1,70A y Cl- 1,81A), los iones se pueden rodear de un mayor número de iones de carga opuesta, y esta red iónica presenta coordinación (8,8), que es la llamada cúbica centrada en el cuerpo. Cada ión cesio se rodea de 8 cloruros, y cada cloruro de 8 cesios.
Celda unidad del cloruro de cesio. Estructura cúbica centrada en el cuerpo.
  • Carga de los iones. Como el cristal es eléctricamente neutro, si los iones tienen carga distinta esto condicionará la estequiometría y, por tanto, la estructura y el índice de coordinación. Por ejemplo, en el caso de la fluorita, que es el fluoruro de calcio, CaF2, vemos que como la valencia iónica del calcio es +2, porque es un metal alcalinotérreo que puede perder dos electrones de la última capa, y el F tiene una valencia iónica de -1, habrá 2 aniones F- por cada catión Ca2+. Esto hace que, en este compuesto, el calcio se rodee de 8 fluoruros y el fluoruro de 4 calcios, presentando una coordinación (8,4). A este tipo de estructura, por analogía con la fluorita, se la denomina estructura tipo fluorita.

A continuación hallamos una tabla con algunos tipos de estructuras cristalinas iónicas, con sus correspondientes números de coordinación y algunos compuestos representativos.

Algunos tipos de redes cristalinas en los compuestos iónicos

Category: Enlace Químico y Teoría de Enlace Químico.

Etiquetas: Enlace iónico.

25 Comentarios

  1. Muchas gracias guapa!! :) :)

    dg, 1 Año Antes Responder

  2. Hola!

    eh…. el indice de coordinacion como lo hallo? o es que me lo tienen que dar? ….uff

    Muchas gracias!

    didi, 1 Año Antes Responder

    • Bueno, el índice de coordinación no es algo que te suelan pedir (si estás en bachillerato, al menos), a no ser que sea el de algunos compuestos conocidos, de los cuales lo sepas por el tipo de estructura que forman (como los que están en la tabla). Pero dudo mucho que te pongan un dibujo de una estructura y te pregunten el índice de coordinación, requiere bastante visión espacial y un poco de práctica…

      QuimiTube, 1 Año Antes Responder

  3. Me he visto absolutamente todos tus videos y gracias a ti tengo alguna posibildad de aprobar mi examen de Qumica !
    Muchisimas gracias de crazón, eresde grandisima ayuda !

    Sandra, 1 Año Antes Responder

    • Hola Sandra, bienvenida :) Me alegro mucho de que te sirvan de ayuda y espero que no sólo tengas alguna posibilidad, sino que saques mejor nota de la que esperas :D Gracias por tomarte parte de tu tiempo para comentar, me anima muchísimo para continuar haciendo esto. Un saludo enorme.

      QuimiTube, 1 Año Antes Responder

  4. gracias me ayudo mucho y aprendí algo mas..Es el primer vídeo que veo y me sirve de mucho y gracias a ti tengo alguna posibilidad de saber esa técnica del enlace de ionico..
    Muchísimas gracias de corazón, eres de grandisima ayuda !

    alma, 1 Año Antes Responder

    • Hola Alma, bienvenida y muchas gracias por comentar :) Me alegro de que te sirviera este vídeo, espero que también te sirvan los demás de mucha ayuda y tengas suerte en tus estudios. Un saludo grande.

      QuimiTube, 1 Año Antes Responder

  5. hola,me podria esplicar por que un cloruro de sodio es crista visible y el cloruro de fierro no???

    Ed, 1 Año Antes Responder

    • ¡Hola! No entiendo bien a qué te refieres con “visible”.

      QuimiTube, 1 Año Antes Responder

  6. esta muy muy bien expresado y bien dicho adoro esta pagina

    juan carlos gomez, 1 Año Antes Responder

  7. mee gusttariia saber cuales son las tipos de redes de iones

    johana, 11 Mess Antes Responder

    • Hola Johana, aquí en este mismo vídeo tienes los tipos principales en la explicación escrita. Un saludo.

      QuimiTube, 11 Mess Antes Responder

  8. El radio atomico aumenta de derecha a izquierda en la tabla periodica, entonces como es que el Cl tiene radio mas grande que el Na?

    Sachet, 11 Mess Antes Responder

    • ¡Hola! Lo que ocurre es que son iones. El cloro neutro es más pequeño que el sodio neutro, pero aquí tienes cloruro, Cl-, con un electrón adicional, y sodio catiónico, Na+, con un electrón menos. Por eso en este caso el Cl- es más grande que el Na+. Los aniones suelen expandir mucho el radio con respecto al átomo neutro, mientras que los cationes suelen contraerlo bastante.

      Quimitube, 11 Mess Antes Responder

      • verdad que si! ahora me cai de la mata hihhihi pues tienes toda la reazon! ahora me recuedo que los cationes reducen en radio y los aniones lo contrario!

        Gracias!! Mil gracias!

        Sachet, 11 Mess Antes Responder

  9. yo todavia no entiendo como hallar el numero de coordinacion! poque el Na se rodea de 6 iones! si solo puede juntarse con un Cl esto me tiene confundida?

    Sachet, 11 Mess Antes Responder

    • Para que el compuesto sea eléctricamente neutro tiene que haber 1 Na+ para cada Cl-, pero es una red muy grande y por eso el sodio se rodea de 6 Cl-, porque la red se va ordenando de esta forma. Eso no significa que para 1 Na+ haya 6 Cl-, porque tienes que tener en cuenta que a su vez cada uno de esos Cl- se rodea de 6 Na+, y así sucesivamente. El resultado final es que efectivamente la proporción es 1:1, un Na+ por cada Cl-.

      Quimitube, 11 Mess Antes Responder

      • Hola! Muchas gracias! eres muy amable en responder a todas nuestra dudas. lamentablemente todavia no entiendo bien esto. deja ver si con los ejercicios me se me abren las entendederas.

        Dentro de un rato volvere a ver video otra vez …..

        Gracias linda! :)

        Sachet, 11 Mess Antes Responder

  10. Muchísimas gracias por lo que haces, en tiempos de crisis no todos podemos permitirnos un profesor particular y ésto es una bendición, si lo hubiese descubierto antes no me habría quedado química. GRACIAS, GRACIAS Y GRACIAS.

    the2clocksgirl, 9 Mess Antes Responder

    • ¡Muchas gracias a ti! Me alegra mucho saber que os sirve, sobretodo por esto que dices, no todo el mundo puede ir a clases particulares por muchas circunstancias y saber que esto es una ayuda me alegra mucho. Un abrazo.

      QuimiTube, 9 Mess Antes Responder

  11. Muchas gracias me ha servido mucho este articulo E aprendido mas y me a ayudado mucho con mi trabajo ;) se nota a leguas q eres toda una esperar en el tema ;)

    darwin, 7 Mess Antes Responder

  12. el indice de coordinacion como se encuentra??

    Jesus, 6 Mess Antes Responder

    • Hola Jesús, para ello debes contar cuántos iones de signo contrario rodean directamente al ion que consideres. Es decir, si consideras el catión, cuántos aniones lo rodean y viceversa.

      QuimiTube, 5 Mess Antes Responder


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