Los sólidosiónicos son sólidos formados por cationes y aniones unidos por enlaces iónicos que se forman debido a la atracción electrostática entre iones positivos y negativos.
- En este repaso, veremos la estructura básica de los sólidos iónicos .
- A continuación, nos centraremos en la estructura de la red cristalina de los sólidos iónicos.
- Una vez comprendida la estructura, investigaremos los factores que afectan a la estructura de los sólidos iónicos.
- Por último, discutiremos las características significativas de las estructuras de los sólidos iónicos.
Estructura básica de los sólidos iónicos
Antes de profundizar en la estructura de la red cristalina de los sólidos iónicos, es importante saber que los sólidos iónicos son tipos de sólidos cristalinos.
Los sólidoscristalinos son sólidos cuyas partículas están dispuestas en una disposición tridimensional muy organizada y repetitiva.
Hay cuatro tipos de sólidos cristalinos: ¡sólidos iónicos, sólidos moleculares, sólidos covalentes en red y sólidos metálicos! La diferencia entre los cuatro se basa en el tipo de enlaces y fuerzas moleculares que los mantienen unidos. Nos centraremos en la estructura de los sólidos iónicos, pero consulta Tipos de Sólidos para saber más sobre los demás.
Estructura reticular de los sólidos iónicos
Así que, ahora que conocemos el panorama general de los sólidos iónicos, veamos la estructura específica de los sólidos iónicos conocida como retículas.
Las celosías se refieren a la disposición repetitiva de cationes positivos y aniones negativos alternados en un sólido iónico.
Fig. 2: Modelo 2D de celosía de NaCl. Original de StudySmarter.
A menudo, los sólidos iónicos se representan en un modelo de partículas 2D (como se ve arriba) porque nos permite representar y determinar con precisión el tamaño y la disposición de los iones en el sólido. El modelo de partículas es esencialmente un corte de la estructura reticular 3D.
Estructura cristalina de los sólidos iónicos
Entonces, combinando lo que sabemos sobre los sólidos cristalinos y las redes iónicas, ¿qué estructura forman los sólidos iónicos? La respuesta es ¡las redes cristalinas iónicas!
Las redes cristalinas se refieren a la disposición 3D repetitiva de cationes positivos y aniones negativos alternados que forman un sólido iónico.
Fig. 3: Estructura tridimensional de la red cristalina del NaCl, StudySmarter Original
¿Por qué se forman las redes cristalinas?
Quizá te preguntes, ¿cómo sabemos que los sólidos iónicos se forman así? Pues porque los iones siempre van a disponerse para minimizar las fuerzas repulsivas entre iones de carga similar y maximizar las fuerzas atractivas entre iones de carga opuesta. Naturalmente, esto significa que los cationes y los aniones se atraerán (de ahí que estén uno junto al otro en el modelo), mientras que los cationes repelerán a los cationes y los aniones repelerán a los aniones.
Un aspecto importante que hay que comprender es que los iones pueden tener una atracción electrostática igual hacia cualquier número de iones cercanos con carga opuesta. Cada ion está rodeado de iones de carga opuesta en todas las direcciones creando estas estructuras reticulares; por eso un ion Na+ puede estar experimentando atracción electrostática con seis iones Cl- en el sólido iónico NaCl anterior.
Consulta las Fuerzas de Coulomb y la Fuerza de Interacción para saber más sobre este concepto.
Basándonos en lo que hemos visto hasta ahora, ¿es correcto el modelo de NaF que aparece a continuación? Si es así, explica por qué. Si no, explica por qué no y dibújalo correctamente. Como pista, los tamaños de estos iones son idénticos, por lo que el tamaño no es relevante para esta estructura en particular, y más adelante veremos cómo afecta el tamaño a la estructura.
Fig. 3: Modelo de sólido iónico KF. StudySmarter OriginalEn primer lugar, ¿crees que ésta es la estructura correcta?
La respuesta correcta es: ¡no! Observando la disposición, ¿puedes averiguar qué está mal?
1) El primer paso es siempre averiguar el catión y el anión.
En este caso es bastante fácil porque nos dan las cargas, así que
- el catión es Na+
- el anión es F-
2) A continuación, podemos preguntarnos si esta disposición maximiza las fuerzas de atracción entre Na+ y F- y minimiza las fuerzas de repulsión al tener un patrón alternante y repetitivo.
Y bingo, ¡ahí está el problema! Este modelo no tiene la disposición óptima porque el Na+ y el F- están uno junto al otro.
El modelo correcto debería parecerse al siguiente:
El ejemplo anterior debería haber sido bastante sencillo, ¡pero es una buena referencia para tu comprensión de los sólidos iónicos hasta ahora!
Factores que afectan a la estructura de los sólidos iónicos
Ahora investigaremos los factores que afectan directamente a la estructura de la red cristalina de los sólidos iónicos. Habrás adivinado que los dos factores principales son
- Carga de los Iones.
- Tamaño de los iones.
Si te suenan estos factores, ¡también son algunos de los factores que determinan la fuerza de los enlaces iónicos según la Ley de Coulomb! A medida que aumenta la carga de los iones y disminuye el tamaño del radio iónico, la estructura de la red cristalina se hace más compacta y las fuerzas electrostáticas entre los iones son más fuertes.
Carga de los iones
Como debería quedar claro por lo que hemos visto hasta ahora, la carga de los iones afecta a la estructura porque los iones con carga opuesta se atraen entre sí y los iones con carga similar se repelen, ¡lo que, en primer lugar, da lugar a la formación de la estructura reticular! Según la Ley de Coulomb, cuanto más fuertes sean las cargas de los iones, más estable será la estructura reticular.
Tamaño de los iones
¿Cómo afecta el tamaño de los iones a la estructura? Volvamos a la estructura del NaCl para explorarlo.
Fig. 5: Modelo 2D de partículas de NaCl. StudySmarter Original.
¿Qué notas en los tamaños de los iones de la red de NaCl?
Pues bien, ¡los cationes Na+ son notablemente más pequeños que los aniones Cl-! Los aniones más grandes forman el contorno de la red cristalina, mientras que los cationes más pequeños llenan el espacio intermedio.
Es importante tener esto en cuenta porque significa:
- el radio iónico de los iones afecta a cómo se forma y se representa la estructura reticular.
- Según la Ley de Coulomb, cuanto menor es el radio iónico, más estable es la red y más fuertes son las fuerzas electrostáticas entre los iones.
Dado que la carga y el tamaño de un ion afectan directamente a la estructura de los sólidos iónicos, es crucial que puedas identificar correctamente el catión y el anión dentro de un compuesto iónico, comparar tamaños entre iones y comparar cargas.
Podemos identificar rápidamente los cationes y aniones basándonos en el nombre y la fórmula del compuesto iónico. El catión siempre va antes que el anión en una fórmula o nombre iónico. Basándonos en este conocimiento, ¿en el LiF qué ion es el catión y qué anión?
Veamos la siguiente tabla periódica para determinar cómo comparar los radios y las cargas iónicas.
La tendencia general del radio iónico es que éste aumenta a medida que descendemos en un grupo. A medida que atravesamos un periodo de izquierda a derecha, el radio iónico disminuye.
Las cargas generales de los iones están etiquetadas en la tabla periódica de abajo y corresponden al número de grupo. Si quieres que te refresquemos la memoria sobre cómo determinar esto, ¡consulta la Tabla Periódica para saber más!
Fig. 5: Cargas de los elementos en la Tabla Periódica, StudySmarter Original.
Características de los sólidos iónicos debidas a la estructura
Por último, veremos brevemente cómo esta estructura de red cristalina da lugar a características específicas entre los sólidos iónicos.
| Característica | Razonamiento |
| Alto punto de fusión | se necesita mucha energía para romper los fuertes enlaces iónicos, lo que implica una temperatura elevada para tener suficiente energía |
| Duros y quebradizos | la estructura reticular rígida y repetitiva crea un sólido muy duro, pero cuando hay un ligero cambio en la disposición, las fuerzas de repulsión entre iones de carga similar romperán el cristal |
| Malos conductores eléctricos como sólido | la estructura de la red cristalina está muy organizada y mantiene los iones cargados en su sitio |
| Buenos conductores eléctricos cuando se disuelven | cuando la red cristalina se disuelve, los iones cargados pueden moverse libremente y conducir la carga eléctrica |
Éste es un resumen de todas las propiedades importantes. Consulta Sólidos iónicos y Enlace iónico para obtener más información sobre estas características.
Estructura de los sólidos iónicos - Puntos clave
- Los sólidos iónicos son sólidos formados por cationes y aniones unidos por enlaces iónicos
- Son un tipo de sólido cristalino
- Los sólidos iónicos están estructurados en redes cristalinas , lo que se refiere a la disposición repetitiva en 3D de cationes positivos y aniones negativos alternados
- A menudo los representan modelos de partículas en 2D
- La carga de los iones y su tamaño afectan directamente a la estabilidad y resistencia de la estructura reticular de los sólidos iónicos.
- Los sólidos iónicos tienden a ser duros y quebradizos, tienen puntos de fusión elevados y son malos conductores a menos que se disuelvan en una solución.
Referencias
- Brown, Theodore L, H E. LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward y Matthew Stoltzfus. Química: La Ciencia Central. , 2018.
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