Ahora bien, quizá te estés preguntando qué son exactamente los sólidos iónicos y cuáles son sus propiedades. Así pues, ¡vamos a sumergirnos en las propiedades de los sólidos iónicos!
¿Cuál es la definición de sólido iónico?
Los sólidos se dividen en cristalinos y amorfos en función de la disposición de sus partículas.
Los sólidoscristalinos tienen una disposición muy organizada de las partículas en una estructura tridimensional. En los sólidos cristalinos, todos los enlaces entre partículas tienen la misma fuerza. Los sólidos cristalinos también tienen puntos de fusión distintos.
Los sólidosamorfos carecen de una disposición estructurada de las partículas. Las partículas están dispuestas aleatoriamente y se funden a distintas temperaturas.
Los sólidos cristalinos pueden dividirse a su vez en sólidos iónicos, sólidos moleculares, sólidos de red covalente y sólidos metálicos.
Si quieres saber más sobre la diferencia entre estos tipos de sólidos, lee el artículo "Propiedades de los sólidos".
En este artículo, nos centraremos únicamente en los sólidos iónicos. Para empezar, ¡definamos los sólidos iónicos!
Los sólidosiónicos están formados por iones unidos entre sí por enlaces iónicos . El "enlace iónico" es un tipo de enlace químico entre un ion con carga positiva y otro con carga negativa en el que se produce la transferencia de electrones.
¡Veamos nuestro primer ejemplo!
¿Cuál de los siguientes compuestos se considera un sólido iónico? Ag, SO3 y CaO.
Hemos definido los sólidos iónicos como compuestos que contienen un catión y un anión. La Ag está sola, por lo que no puede ser un compuesto. El SO3 está formado por dos no metales. El CaO está formado por un catión metálico (Ca2+) y un anión no metálico (O2-). Por tanto, el CaO es el sólido iónico en este ejemplo.
Estructura de los sólidos iónicos
Como los sólidos iónicos se consideran un tipo de sólido cristalino, tienen una disposición tridimensional bien estructurada de partículas que denominamos red cristalina. A continuación se muestra la estructura básica de una red cristalina.
Estructura básica de una red cristalina, Isadora Santos - StudySmarter Originals
Puedes aprender más sobre la estructura de los sólidos en el artículo "Sólidos".
En los sólidos iónicos, los cationes metálicos tienen tamaños más pequeños que los aniones no metálicos. Por eso, cuando los aniones se alinean, los cationes se acomodan de forma que rodean a los aniones. Esta disposición ayuda a maximizar la atracción electrostática entre los iones. La forma más fácil de entenderlo es observando la estructura de la red cristalina del cloruro potásico.
En realidad, hay un par de excepciones a esta regla. En los fluoruros de K, Rb, Cs y, óxidos de Rb, Cs el anión es el mayor. Por supuesto, esto no importa, ya que entonces los aniones se acomodarán para alojar a los cationes.
Además, si el catión metálico no es un átomo metálico, sino varios (Hg2+2) unidos entre sí o tienen diferentes átomos coordinados, su tamaño variará enormemente. Y para complicar las cosas, hay cationes que no son metales, por ejemplo, el NH4+.
Cuando analizamos la estructura del cloruro potásico (KCl), sabemos que el ion potasio (K) tiene una carga de +1, por lo que lo denominamos catión, mientras que el ion cloro tiene una carga de -1 y se denomina anión. Así pues, en la estructura de la red cristalina del KCl, el catión rodea al anión por todos lados. Después viene la siguiente "capa" (o cubo, para ser concretos) de aniones, luego de cationes, y así sucesivamente para construir un cristal.
Estructura de la Red Cristalina del KCl, Isadora Santos - StudySmarter Originals.
Propiedades y Características de los Sólidos Iónicos
Al describir las propiedades de los sólidos iónicos, debemos tener en cuenta las siguientes características: punto de fusión, dureza, conductividad, solubilidad, energía de red y fuerza de las interacciones electrostáticas.
Interacciones electrostáticas
Como hemos visto antes, los sólidos iónicos están formados por iones unidos por enlaces iónicos. Estos enlaces iónicos se consideran una interacción electrostática fuerte, y afecta al punto de fusión de los sólidos iónicos. Tener enlaces iónicos fuertes significa que se necesita mucha energía cinética para romper el enlace entre los iones.
Cuanto más fuertes sean las fuerzas de atracción entre los iones, mayor será el punto de fusión de los sólidos iónicos.
Las cargas de los iones también determinan la fuerza de atracción. Así, cuanto mayores sean las cargas, más intensas serán las fuerzas electrostáticas que mantienen unidos a los iones.
Piensa en las cargas del MgO y del NaCl. El Mg tiene una carga de +2, y el O tiene una carga de -2, mientras que el Na tiene una carga de +1 y el Cl tiene una carga de -1. Así pues, basándonos en la carga, podemos decir que el MgO tendrá fuerzas de atracción más fuertes y, por tanto, un punto de fusión más alto.
Esto es realmente cierto, ya que el punto de fusión del óxido de magnesio (MgO) y del cloruro de sodio es de 2852 °C y 801°C respectivamente.
¿Sabías que los enlaces iónicos están relacionados con la Ley de Coulombs? Según la Ley de Coulombs, la fuerza del enlace iónico es directamente proporcional a las cargas de los iones. Básicamente, cuanto mayor sea la carga de los iones, mayor será la atracción entre ellos y mayores las fuerzas coulómbicas.
Punto de fusión y dureza de los sólidos iónicos
Debido a la fuerza de sus enlaces iónicos, los sólidos iónicos tienen puntos de fusión muy altos. Los sólidos iónicos también se consideran muy duros debido a las fuerzas de atracción entre los iones. Sin embargo, los sólidos iónicos son quebradizos, lo que significa que su estructura cristalina se rompe fácilmente en pedazos.
La conductividad de los sólidos iónicos
¿Los sólidos iónicos son capaces de conducir la electricidad? La respuesta es sí, pero sólo cuando sus iones son móviles, lo que ocurre cuando un sólido iónico está fundido o disuelto en una solución acuosa.
Laconductividad es la capacidad de un compuesto para conducir la electricidad.
Se denominanelectrolitos a los compuestos cuyas soluciones acuosas o estado fundido son capaces de conducir la electricidad. Los sólidos iónicos se consideran electrolitos fuertes.
Cuando los sólidos iónicos se calientan hasta su estado fundido (líquido), se convierten en buenos conductores de la electricidad porque, en este estado, los iones son móviles. Las soluciones acuosas de sólidos iónicos también son buenas conductoras de la electricidad porque la presencia de iones en la solución acuosa permite el paso de la electricidad.
Solubilidad de los compuestos iónicos
Recuerda la regla: ¡Lo semejante se disuelve con lo semejante! Por tanto, los sólidos iónicos pueden disolverse en disolventes polares, como el agua.
Se denominasolubilidad a la capacidad de un soluto de disolverse en un disolvente para formar una solución.
Sin embargo, ten en cuenta que no todos los sólidos iónicos son solubles. Para saber si un compuesto será soluble o insoluble, repasemos las reglas de solubilidad de los compuestos iónicos.
| Reglas de solubilidad |
| Los compuestos iónicos que contienen NO3- y CH3COO- son solubles. |
| Los compuestos iónicos que contienen Cl-, Br- e I- son solubles, excepto cuando están presentes Ag+, Hg22+ y Pb2+. |
| Los compuestos iónicos que contienen SO42- son solubles, excepto cuando hay Sr2+, Ba2+, Hg22+ y Pb2+. |
| Los compuestos iónicos que contienen S2- son insolubles, excepto NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Ca2+, Sr2+ y Ba2+. |
| Los compuestos iónicos que contienen CO32- son insolubles, excepto el NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+ y Cs+. |
| Los compuestos iónicos que contienen CO32- son insolubles, excepto NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+ y Cs+. |
| Los compuestos iónicos que contienen PO43- son insolubles, excepto NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+ y Cs+. |
| Los compuestos iónicos que contienen OH- son insolubles, excepto el NH4+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Ca2+, Sr2+ y Ba2+. |
Latemperatura y la fuerza de los enlaces iónicos también afectan a la solubilidad de los sólidos. La temperatura y la fuerza de los enlaces iónicos son directamente proporcionales a la solubilidad de los sólidos.
Energía de red
La estructura reticular de los sólidos iónicos consiste en un patrón bien ordenado, con cationes que rodean al anión no metálico. La estabilidad de la red cristalina depende de la fuerza de atracción entre los iones de carga opuesta. Cuanto más fuerte sea la atracción, mayor será la estabilidad de la red cristalina y mayor la energía de red.
La energía dered se define como la energía liberada cuando un sólido iónico se forma a partir de sus iones.
La energía de red puede utilizarse para estimar la fuerza de los enlaces iónicos. Cuanto mayor sea la energía de red, más fuerte será el enlace iónico.
La energía de red de los sólidos iónicos depende de la carga de los iones y de su tamaño.
Cuanto mayor sea la carga de los iones, mayor será la energía de red (⇧ carga de los iones = ⇧ energía de red).
Cuanto menor sea el tamaño de los iones, mayor será la energía de red ( ⇩ tamaño de los iones = ⇧ energía de red)
¡Veamos un ejemplo!
¿Cuál de los siguientes sólidos iónicos tendría la mayor energía de red? CsBr, LiI, ZnO
En primer lugar, observa la carga de los iones presentes en cada compuesto iónico:
CsBr: Cs+1 y Br -1
LiI: Li+1 e I-1
ZnO: Zn+2 y O-2
Cuanto mayores sean las cargas, mayor será la energía de red. Por tanto, el sólido iónico con mayor energía de red sería el ZnO.
Ahora bien, si dos sólidos iónicos tienen la misma carga, ¿cómo determinarías cuál tendría la mayor energía de red? Tendrías que fijarte en el radio iónico de cada ion. El compuesto iónico con el tamaño iónico más pequeño tendrá la mayor cantidad de energía de red. La tendencia del radio iónico es que éste aumenta a medida que aumenta el número de electrones. A continuación se muestra la tendencia periódica del radio iónico:
¿Cuál de los siguientes compuestos tiene la mayor energía de red? ¿NaF, NaCl, NaBr o NaI?
Observando la tabla periódica, podemos ver que el F- tiene el radio iónico más pequeño. Por tanto, el NaF tiene la mayor energía de red.
Ahora deberías ser capaz de reconocer los sólidos iónicos, su estructura básica, ¡y también algunas de sus propiedades!
Sólidos iónicos - Puntos clave
- Los sólidoscristalinos tienen una disposición muy organizada de partículas en una estructura tridimensional. Los sólidos iónicos son un tipo de sólido cristalino.
- Los sólidosiónicos están formados por iones unidos por enlaces iónicos. Los enlaces iónicos son uniones entre un ion con carga positiva y otro con carga negativa en las que se produce la transferencia de electrones.
- Cuanto más fuertes sean las fuerzas de atracción entre los iones, mayor será el punto de fusión de los sólidos iónicos.
- Los sólidos iónicos sólo pueden conducir la electricidad como compuestos iónicos fundidos o en disoluciones acuosas.
- La energía de red de los sólidos iónicos depende de la carga de los iones y de su tamaño .
(⇧ carga de los iones = ⇧ energía de red, ⇩ tamaño de los iones = ⇧ energía de red)
Referencias
- Swanson, J. W. (2020). Everything you need to Ace Chemistry in one big fat notebook. Workman Pub.
- Malone, L. J., Dolter, T. O. y Gentemann, S. (2013). Conceptos básicos de Química (8.ª ed.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.
- Moore, J. T., & Langley, R. (2021). McGraw Hill: Química AP, 2022. Nueva York: McGraw-Hill Education.
- Salazar, E., Sulzer, C., Yap, S., Hana, N., Batul, K., Chen, A., . . . Pasho, M. (s.f.). Curso magistral de química general de Chad. Obtenido el 4 de mayo de 2022, de https://courses.chadsprep.com/courses/general-chemistry-1-and-2
- Descripción del curso y examen de Química AP, en vigor en otoño de 2020. (s.f.). Extraído el 28 de mayo de 2022, de https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistry
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