Clase Práctica de Química General (Ciclo Born-Haber) (página 2)
El enlace iónico es una de las maneras en que se
pueden unir los átomos para formar nuevos compuestos. Para
su formación se necesita la unión de una sustancia
de bajo potencial de ionización (metal) con otra de alta
electroafinidad (no metal). Dicho enlace se le denomina
iónico o elctrovalente pues teóricamente debe
ocurrir una transferencia de electrones desde el metal hacia el
no metal formándose una especie con densidad de carga
(+) y otra con densidad de carga (-).
Un nuevo compuesto solo se forma cuando tiene menor
contenido energético que las sustancias que le dan origen
y el hecho de que existan muchas variedades de compuestos
iónicos (sales, óxidos, hidróxidos), pone de
manifiesto la existencia del enlace iónico y el
desprendimiento de energía que aparece en su
formación. (Hay que tener en cuenta que el concepto de
enlace iónico corresponde a un modelo y en la
práctica las sustancias se acercan más o menos al
concepto)
Durante la formación de un compuesto
iónico y por ende de un enlace iónico entre
sustancias ocurren una serie de procesos que
aunque se representan separados ocurren simultáneamente
como son:
- sublimación de metales
- ionización de metales
gaseosos - disociación de moléculas
gaseosas - formación de iones negativos
(electrofinidad) - formación de enlace iónico
(energía reticular)
y dentro de los cuales el proceso mas
importante el de la formación de retículo
cristalino, pues es donde se desprende la mayor cantidad de
energía debido a la formación de un enlace muy
estable.
Como el paso más importante del ciclo es el que
corresponde a la energía reticular, pues hace que la
formación de compuestos iónicos sea un proceso
posible desde el punto de vista termodinámico; entonces
mediante su valor podemos
comparar la estabilidad de diferentes sustancias y utilizando la
expresión siguiente.
Donde
NA (Número de Avogadro)
e (constante de Euler)
α (máximo común
múltiplo entre la carga de los iones)
M (constante de Madelung)
r0 (distancia internuclear)
Pues si todos los parámetros del numerador se
mantienen constantes y lo único que varia entre dos
compuestos es r0 , será mas estable quien tenga
mayor energía reticular (U) y por ende menor distancia
internuclear.
* Para esta clase es
necesario que los estudiantes dominen todo el subtema 1.1 pues se
realizan análisis en los cuales se retoman conceptos
ya estudiados.
Preguntas previas 1-35 pág. 177-79
Ejercicios propuestos 4-7 pág. 185-86
Estas preguntas y ejercicios se orientaron en la
conferencia
del Subtema 1.2
de manera que el estudiante pueda ir preparado para la
actividad práctica.
En la clase se realizara el Ej. 4 como ejemplo y los
demás serán realizados individualmente por el
estudiante durante el transcurso de la clase
práctica.
Ej. 4 pág. 185
Añadir al ejercicio: comparar la estabilidad del
KCl con el NaCl si
UNaCl = -787,19 kJ/mol
Solución:
Realizar el balance energético de compuestos
iónicos conlleva a desglosar en pasos todas las etapas de
formación de un enlace iónico o electrovalente
entre dos sustancias. Para la formación de un nuevo
compuesto se necesita que las sustancias se encuentren en el
mismo estado de
agregación (gaseoso) y para que la unión sea de
carácter iónica la interacción debe ser entre
partículas ionizadas. A continuación los pasos para
la formación de un enlace iónico.
* es necesario recalcar que los procesos anteriores
son simultáneos pero para su estudio es necesario el
desglose en pasos.
Para calcular la entalpía de formación de
un compuesto iónico se suman algebraicamente las
energías de los pasos necesarios para su
formación.
* Se toma ½ de la entalpía de
disociación porque solo necesitamos un mol de
átomos de cloro o sea necesitamos disociar ½ de
moles de moléculas de Cl2 (g).
En la formación de un compuesto iónico se
desprende energía y esta disminución del contenido
energético hace al nuevo compuesto mucho más
estable que las sustancias que le dieron origen.
El esquema del balance energético muestra que la
mayoría de los procesos consumen energía; pues en
los pasos intermedios se forman sustancias poco estables como son
los iones gaseosos. Pero una ves formados los iones gaseosos y al
acercarse desde posiciones infinitas hay una enorme probabilidad de
formación de un retículo cristalino iónico
porque termodinámicamente es muy estable el nuevo
compuesto.
La energía reticular es el proceso determinante
en la formación de un compuesto iónico pues en este
paso se desprende tanta energía que como para compensar
las sumistrada a los procesos anteriores y para garantizar la
estabilidad debido al menor contenido energético del
enlace formado.
Comparación de la estabilidad de los
compuestos iónicos NaCl y KCl
UNaCl = -787,19 kJ/mol > UKCl =
– 716.89 kJ/mol
Como en la formación de NaCl se desprende mayor
energía entonces es un compuesto iónico mas estable
que el KCl .
Si aplicamos la ecuación
Como los términos del numerador son comunes para
ambos compuestos entonces el de mayor energía reticular
(NaCl) poseerá menor distancia entre los núcleos
iónicos que lo forman y por ende más
estable.
De hecho los metales Na y K están en el mismo
grupo de la
tabla
periódica pero en diferentes periodos, donde el
radio
atómico del Na es menor que el del K por poseer menos
niveles energéticos. Por tanto si estos metales forman
compuestos con sustancias no metálicas comunes entonces
será mas estable el Na por tener menor radio que
influirá en una menor distancia internuclear en el
compuesto y una mayor energía reticular.
Los correspondientes pasos de la formación de un
compuesto iónico (ciclo de Born-Haber) se consolidaron en
los ejercicios de esta clase práctica.
Durante la realización del balance
energético se puso de manifiesto que los compuestos
iónicos son mucho más estables
termodinámicamente que las sustancias simples que le dan
origen. Además el paso determinante en el balance es la
energía reticular con la cual se puede comparar la
estabilidad entre diferentes sustancias cristalinas
iónicas.
- Programa de la Disciplina
Química. - De Lara A.R. y otros. "Química General"
Editorial Pueblo y Educación. 1986. - León .R "Química General" Editorial
Pueblo y Educación. 1983. - Bogoroditsbi N.P. y otros. "Materiales
Electrotécnicos". Editorial MIR.
Elaborada por:
Lic. Javier Hernández
Obregón
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