Diploma del Bachillerato Internacional · IB Diploma · Chemistry · HL · Tema 6
Esta hoja didáctica enseña Estructura 2.1, El modelo iónico, para el curso evaluado por primera vez en 2025. Todo el contenido pertenece a Nivel SL y HL.
Prerrequisitos: configuraciones electrónicas y grupos de la tabla periódica de Estructura 1.3. Utilizará valores de entalpía reticular del cuaderno de datos.
| English | Español |
|---|---|
| ionic model/aɪˈɒnɪk ˈmɒdl/ | modelo iónico |
| ion/ˈaɪɒn/ | ion |
Introduzca dos electrodos en sal de mesa sólida y no circula corriente. Al fundir la sal o disolverla en agua, esta conduce inmediatamente. No se ha añadido nada: las mismas partículas están presentes. El modelo iónico explica esto con una idea: la sal está formada por partículas cargadas que están fijas en el estado sólido y libres para moverse en el líquido.
Un ion es un átomo o grupo de átomos con carga eléctrica. Los átomos forman iones perdiendo o ganando electrones hasta alcanzar una configuración estable, generalmente la de un gas noble.
En un compuesto iónico, los electrones perdidos por el metal son los electrones ganados por el no metal, por lo que la carga total es cero.
Para los elementos de grupos principales, el número de grupo indica la carga:
| Grupo | 1 | 2 | 13 | 15 | 16 | 17 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Electrones perdidos o ganados | pierde 1 | pierde 2 | pierde 3 | gana 3 | gana 2 | gana 1 |
| Carga del ion | $+1$ | $+2$ | $+3$ | $-3$ | $-2$ | $-1$ |
| Ejemplo | $\text{Li}^{+}$ | $\text{Mg}^{2+}$ | $\text{Al}^{3+}$ | $\text{N}^{3-}$ | $\text{O}^{2-}$ | $\text{F}^{-}$ |
Los elementos de transición pueden formar iones con diferentes cargas, por lo que el nombre indica la carga mediante números romanos: hierro(II) es $\text{Fe}^{2+}$ y hierro(III) es $\text{Fe}^{3+}$; cobre(I) es $\text{Cu}^{+}$ y cobre(II) es $\text{Cu}^{2+}$.
Un ion poliatómico es un grupo de átomos unidos covalentemente que posee una carga neta. Aprenda estos:
| Ion | Fórmula | Ion | Fórmula |
|---|---|---|---|
| amonio | $\text{NH}_4^{+}$ | carbonato | $\text{CO}_3^{2-}$ |
| hidróxido | $\text{OH}^{-}$ | bicarbonato | $\text{HCO}_3^{-}$ |
| nitrato | $\text{NO}_3^{-}$ | sulfato | $\text{SO}_4^{2-}$ |
| fosfato | $\text{PO}_4^{3-}$ |
| English | Español |
|---|---|
| cation/ˈkætaɪən/ | catión |
| anion/ˈænaɪən/ | anión |
| transition element/trænˈsɪʃn ˈelɪmənt/ | elemento de transición |
| polyatomic ion | ion poliatómico |
| ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ | enlace iónico |
| electrostatic attraction/ɪˌlektrəʊˈstætɪk əˈtrækʃn/ | atracción electrostática |
| electronegativity/ɪˌlektrəʊŋɡəˈtɪvɪti/ | electronegatividad |
Un enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de carga opuesta. La atracción actúa en todas direcciones, por lo que cada ion atrae a todos los iones de carga opuesta que lo rodean, no solo a una pareja.
El enlace iónico ocurre entre elementos con una gran diferencia de electronegatividad: típicamente un metal del lado izquierdo de la tabla periódica y un no metal del lado derecho. Cuanto mayor es la diferencia, más iónico es el enlace. (La estructura 2.4 muestra el enlace como una escala, no tres cajas separadas.)
La fórmula muestra la proporción más simple de iones que hace que la carga total sea cero.
| Iones | Balance | Fórmula | Nombre |
|---|---|---|---|
| $\text{Na}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$ | $1 \times (+1) + 1 \times (-1) = 0$ | NaCl | cloruro de sodio |
| $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Cl}^{-}$ | $1 \times (+2) + 2 \times (-1) = 0$ | $\text{MgCl}_2$ | cloruro de magnesio |
| $\text{Al}^{3+}$, $\text{O}^{2-}$ | $2 \times (+3) + 3 \times (-2) = 0$ | $\text{Al}_2\text{O}_3$ | óxido de aluminio |
| $\text{Ca}^{2+}$, $\text{NO}_3^{-}$ | $1 \times (+2) + 2 \times (-1) = 0$ | $\text{Ca(NO}_3)_2$ | nitrato de calcio |
| $\text{NH}_4^{+}$, $\text{SO}_4^{2-}$ | $2 \times (+1) + 1 \times (-2) = 0$ | $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ | sulfato de amonio |
Nombra primero el catión, luego el anión. Un anión simple termina en -uro: cloruro, óxido, nitruro, sulfuro. Un ion poliatómico mantiene su propio nombre: sulfato, nitrato. Indica la carga de un metal de transición con números romanos: $\text{FeCl}_3$ es cloruro de hierro(III).
Los compuestos iónicos no forman moléculas. Los iones se empaquetan en una disposición regular y repetitiva tridimensional llamada red. La fórmula NaCl da solo la proporción de iones, 1 : 1, no una molécula.
En el cloruro de sodio, cada ion $\text{Na}^{+}$ está rodeado por seis iones $\text{Cl}^{-}$, y cada ion $\text{Cl}^{-}$ está rodeado por seis iones $\text{Na}^{+}$.
La entalpía reticular es el cambio de entalpía cuando un mol de un compuesto iónico sólido se separa en sus iones gaseosos:
Romper las atracciones siempre requiere energía, por lo que la entalpía reticular es siempre positiva (endotérmica). Un valor mayor indica un enlace iónico más fuerte.
Dos factores determinan su magnitud, ya que la atracción entre dos iones es mayor cuando las cargas son mayores y los ones están más cerca uno del otro:
| Compuesto | Iones | Entalpía reticular / $\text{kJ mol}^{-1}$ | Razón |
|---|---|---|---|
| KCl | $\text{K}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$ | 720 | $\text{K}^{+}$ es mayor que $\text{Na}^{+}$ |
| NaCl | $\text{Na}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$ | 790 | referencia |
| NaF | $\text{Na}^{+}$, $\text{F}^{-}$ | 930 | $\text{F}^{-}$ es menor que $\text{Cl}^{-}$ |
| MgO | $\text{Mg}^{2+}$, $\text{O}^{2-}$ | 3791 | ambas cargas se duplican |
Ejemplo resuelto. Explique por qué el óxido de magnesio funde a $2852\ ^{\circ}\text{C}$ pero el cloruro sódico funde a $801\ ^{\circ}\text{C}$.
Ambos poseen redes iónicas gigantes, por lo que fundir significa vencer las atracciones electrostáticas entre iones. $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{O}^{2-}$ tienen el doble de carga que $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$, y además son más pequeños. Por tanto, la atracción entre los iones es mucho más fuerte, la entalpía reticular es mucho mayor (3791 frente a $790\ \text{kJ mol}^{-1}$), y se necesita más energía para separar los iones.
| English | Español |
|---|---|
| lattice/ˈlætɪs/ | red cristalina |
| lattice enthalpy | entalpía reticular |
| volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ | volatilidad |
Para explicar cualquier propiedad, mencione la estructura, las partículas, las fuerzas entre ellas y si existen partículas cargadas móviles.
| Propiedad | Comportamiento típico | Explicación |
|---|---|---|
| punto de fusión y ebullición | alto; baja volatilidad | deben superarse muchas fuertes atracciones electrostáticas en una red gigante |
| conductividad eléctrica | nula en estado sólido; conduce cuando está fundido o en solución | los iones están fijos en el sólido; pueden moverse y transportar carga cuando están fundidos o disueltos |
| solubilidad | a menudo soluble en agua, insoluble en disolventes no polares como el hexano | las moléculas polares del agua atraen y rodean a los iones; las moléculas no polares no pueden hacerlo |
| fragilidad | se fragmenta al golpearlo | un golpe desplaza una capa de modo que cargas iguales quedan alineadas y se repelen |
Nota que un compuesto iónico conduce mediante iones móviles, no mediante electrones. La electrólisis de una sal fundida lo demuestra: los iones migran hacia los electrodos y allí se descargan.
Una sola propiedad rara vez prueba una estructura. Un sólido covalente gigante como el dióxido de silicio también tiene un punto de fusión muy alto, y algunas sustancias moleculares simples son solubles en agua. Buscar el patrón completo: punto de fusión alto, y sin conducción en estado sólido, y conducción cuando está fundido.
Ejemplo resuelto. La sustancia X funde a $801\ ^{\circ}\text{C}$, no conduce en estado sólido, sí cuando está fundida, y es soluble en agua. La sustancia Y funde a $60\ ^{\circ}\text{C}$ y no conduce ni en estado sólido ni líquido. ¿Cuál es iónica?
X cumple todas las partes del patrón iónico: un punto de fusión alto debido a fuertes atracciones en la red, y conducción solo cuando los iones pueden moverse libremente. Y no lo hace: su bajo punto de fusión y falta de conducción sugieren una sustancia molecular simple con fuerzas débiles entre moléculas neutras.
Compare solid, molten and dissolved NaCl. The same ions can be held at lattice sites or mobile; reversing the field changes their drift, not their charge.
Respuestas.
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