Grupo 2

La estabilidad térmica 热稳定性 de los nitratos 硝酸盐 y carbonatos 碳酸tos del Grupo 2 aumenta al descender por el grupo. Esta es la razón, en términos de cómo los iones se afectan entre sí.

Un catión 阳离子 pequeño con un radio iónico pequeño tiene una alta densidad de carga. Atrae los electrones del anión cercano y distorsiona su forma; esto es polarización 极化. Distorsionar el gran anión 阴离子 (el ion carbonato o nitrato) debilita un enlace dentro de él, por lo que el compuesto se descompone con mayor facilidad.

Al descender por el grupo, el catión se hace más grande. Su densidad de carga disminuye, por lo que polariza al anión menos. El anión se distorsiona menos, por lo que el compuesto es más difícil de descomponer: es más estable térmicamente y necesita una temperatura más alta para descomponerse.

Ejemplo resuelto. Al descender por el Grupo 2, las hidróxidos se vuelven más solubles mientras que los sulfatos se vuelven menos solubles. Explique por qué estas dos tendencias van en direcciones opuestas. La solubilidad es una competencia entre la energía reticular que mantiene unido al sólido y la energía de hidratación que recompensa a los iones al disolverse. Ambas se vuelven menos exotérmicas a medida que crece el catión, por lo que cualquiera que caiga más rápido determina la tendencia. Con el ion pequeño de hidróxido, la energía reticular depende fuertemente del tamaño del catión, por lo que cae más rápido que la energía de hidratación: la red se vuelve relativamente más fácil de romper y la solubilidad aumenta. Con el ion grande de sulfato, la energía reticular ya está dominada por ese anión grande y apenas cambia al descender por el grupo, mientras que la energía de hidratación del catión sigue descendiendo: por lo tanto, la solubilidad disminuye. Nombre ambas energías y diga cuál cae más rápido; simplemente repetir las tendencias no otorga puntos de explicación.

Cuando un sólido iónico se disuelve, compiten dos cambios de energía. El cambio de entalpía de solución 溶解焓变 es la suma de ellos:

• primero debe separar la red (esto requiere la energía reticular 晶格能).
• luego el agua rodea a los iones (esto libera el cambio de entalpía de hidratación 水合焓变).

Si la energía liberada en la hidratación coincide aproximadamente (o supera) a la energía necesaria para romper la red, el sólido se disuelve fácilmente.

Al descender por el grupo, tanto la energía reticular como la entalpía de hidratación se hacen menores (menos negativas), porque el catión es más grande. Pero disminuyen a tasas diferentes, y esto explica las tendencias opuestas:

• La estabilidad térmica de los carbonatos y nitratos aumenta al descender por el grupo: los cationes más grandes polarizan al anión menos.
• Indique los productos de descomposición: carbonatos → óxido + $\text{CO}_2$; nitratos → óxido + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (gas marrón).
• Los hidróxidos se vuelven más solubles y los sulfatos menos solubles al descender por el grupo.
• Explique las tendencias mediante la densidad de carga del catión (poder polarizante), no solo por el tamaño.