2.3 ¿Por qué se forman los compuestos iónicos?

RECUERDA:

Ya hemos comentado que los átomos se unen entre sí para ser más estables, es decir, para que su energía sea menor. Para que esto ocurra se tiene que liberar energía.


Lo comprenderás mejor con un ejemplo: si la energía de un sistema es de 1000 kJ y el sistema se vuelve más estable porque su energía disminuye hasta 800 kJ, los 200 kJ restantes tendrán que ser liberados por el sistema.

 

 
 Cambios de energía en la formación de 1 mol de NaCl

Para que comprendas por qué se forman los compuestos iónicos, vamos a estudiar las energías puestas en juego en la formación del cloruro de sodio a partir de sus elementos.

A temperatura ambiente, el sodio es un sólido metálico que se representa por Na(s), y el cloro, un gas formado por moléculas en las que se unen dos átomos de cloro, Cl2(g):

 

Si te fijas en la reacción ajustada, por cada mol de Na reacciona 0,5 mol de Cl2(g). Por eso vamos a suponer que partimos de 23 g de Na (1 mol) y de 35,5 g de Cl2(g) (0,5 mol).

Lo primero que tenemos que hacer es separar los átomos de Na sólido para transformarlo en Na gaseoso, lo que requiere un aporte de energía de 108 kJ. También tendremos que romper las moléculas de cloro para dar lugar a un mol de átomos de cloro. Para que esto ocurra hay que aportar 121 kJ.
 Separación de los átomos de sodio  Variación de energía
 ΔE = + 108 kJ
 Separación de los átomos de cloro  Variación de energía
   ΔE = + 121 KJ

Si te das cuenta, vamos bastante mal, hasta ahora lo único que hemos hecho es aumentar la energía del sistema al aportar 108 kJ + 121 kJ = 229 kJ. Pero todavía no hemos terminado. El siguiente paso será la formación de los iones.

Para ionizar los 23 g de Na(g) a Na+(g) necesitamos dar al sistema una energía de 502 kJ (la cosa se pone todavía peor), aunque en la formación de un mol de iones Cl- se liberan 354 kJ:

Ionización del sodio  Variación de energía
   ΔE= + 502 kJ
 Ionización del cloro
 Variación de energía
   ΔE= - 354 kJ

Pero todavía la energía que tenemos que comunicar al sistema 108 kJ +121 kJ +502 kJ = 731 kJ es mayor que la energía que se libera (354 kJ) en 377 kJ (731 kJ - 354 kJ = 377 kJ).

Entonces, ¿por qué se fórma el NaCl?.

Como ya hemos visto, debido a que las fuerzas electrostáticas se ejercen en todas las direcciones del espacio, cada ion se rodea de iones de signo contrario formándose una estructura gigante (red o cristal). Pues bien, cuando los iones Cl-(g) y Na+(g) se unen para formar 1 mol de cristal de NaCl(s), se produce una disminución de la energía de 788 kJ  debido a las fuerzas de atracción y repulsión entre ellos:

 Formación de la red Variación de energía
   ΔE = -788 kJ

 

A esta energía se denomina ENERGÍA DE RED O ENERGÍA RETICULAR, y es la que hace que el cambio total de energía sea negativo y se liberen 411 kJ (377 kJ - 788 kJ = - 411 kJ), y que el NaCl(s) sea más estable que el Na(s) y el Cl2(g) por separado:

Formación de un mol de NaCl(s) a partir de sus elementos

Cambio total de energía

 ΔE= +108 kJ + 121kJ + 502 kJ - 354 kJ -788 kJ = -411 kJ

La energía que se libera en la formación de un mol del cristal a partir de sus iones en estado gaseoso, tiene que ser igual a la energía que tenemos que aplicar para separar totalmente los iones de un mol del cristal. Por tanto, la energía reticular se puede definir de las dos maneras:

Importante

La ENERGÍA RETICULAR es aquella que se desprende cuando se forma un mol de un compuesto iónico sólido a partir de sus iones en estado gaseoso y totalmente separados.

O bien:

La ENERGÍA RETICULAR es aquella que hay que suministrar a un mol de un compuesto iónico sólido para separar totalmente sus iones.

En general podemos decir que la energía reticular depende de la carga de los iones y de su tamaño. Cuanto mayor sean las cargas de los iones y menor sea su tamaño (y, por tanto, la distancia que los separa), mayor será la fuerza que actúa entre ellos y la energía que tenemos que comunicar para separarlos, es decir, la energía de red.
Las sales que se componen de iones pequeños con cargas eléctricas grandes, tienen normalmente energías de red más altas.

Importante

La energía reticular depende de la carga y del tamaño de los iones.

A mayor carga y menor tamaño, mayor energía reticular y viceversa.

AV - Pregunta de Elección Múltiple

Pregunta

 

Fíjate en los radios y en las cargas de los iones que se representan en la figura, e indica qué sal de las siguientes tendrá mayor energía reticular.

Respuestas

NaCl

CaCl2

CsCl

RbCl

Retroalimentación

AV - Pregunta de Elección Múltiple

Pregunta

Las energías de red de dos sustancias son 693 y 777 kJ/mol respectivamente. Se sabe que sus puntos de fusión son 801 ºC y 661 ºC, y que una de ellas es NaCl y la otra NaI. Identifica cuál es cada sustancia y asígnale su punto de fusión.

Sugerencia

Asigna valores de energía de red a NaCl y NaI teniendo en cuenta las cargas de los iones y sus tamaños.

Respuestas

NaCl y 801ºC; NaI y 661ºC

NaCl y 661ºC;  NaI y 801ºC

Retroalimentación

AV - Reflexión

Justifica la dureza del cloruro de sodio (NaCl) y del cloruro de potasio (KCl) en base a la energía de red.