Potencial iónico, e de ionización o potencial de ionización




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títuloPotencial iónico, e de ionización o potencial de ionización
fecha de publicación24.12.2015
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Colegio

El Valle Sanchinarro

Dpto. Ciencias

Asignatura: FyQ 4º ESO

Ficha teórica

Elementos en la naturaleza

Revisado:

20/12/2015

Páginas:

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JUSTIFICACIÓN, MEDIANTE LA TEORÍA ATÓMICA, DEL MODO (estructura) EN QUE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS SE PRESENTAN EN LA NATURALEZA(debido a los enlaces que establecen entre sí)
Conceptos introductorios e ideas preliminares
1) Es necesaria una cierta energía para que el átomo neutro tome o ceda un electrón
Las configuraciones electrónicas indican que los elementos tienden a ceder o a tomar uno o más electrones (partiendo de su estado neutro) para conseguir cerrar su capa de valencia y acercarse a la estabilidad del gas noble. Pero, aisladamente, un átomo neutro es más estable que su ión, por tanto el átomo necesitará cierta energía para pasar a ser un ión.

Siendo ciertas las dos ideas anteriores y sabiendo que todos los átomos tienden a la mínima energía o máxima estabilidad, nos preguntaremos: ¿por qué los átomos toman cierta energía para transformarse en iones? La razón es porque inmediatamente se unen a un ión de carga contraria y establecen un enlace formando una sustancia nueva que es más estable que los átomos por separado. Si no consiguieran un estado de menor energía la reacción química con la formación del enlace no tendría lugar.
Podemos observarlo en una representación gráfica:
Llamamos afinidad electrónica, A, a la E inicial cuando el átomo toma un electrón y queda como anión; llamamos potencial iónico, E de ionización o potencial de ionización, I, a la E inicial cuando el átomo, tras ceder un electrón, pasa a ser catión.
Cuando un átomo neutro cede o toma electrones se transforma en un átomo cargado o ión: si ha cedido electrones queda cargado positivamente y lo llamamos catión; si ha tomado electrones queda cargado negativamente y lo llamamos anión. Un ión, por tanto, puede ser anión o catión.
2) La química se puede resumir en tres ideas fundamentales
AFINIDAD: atractivo químico entre sustancias,

ESPACIO: disponibilidad de espacio para el acercamiento de las sustancias

Y CONDICIONES DE REACCIÓN: valores de las magnitudes que intervienen en una reacción: p, T, cantidad de materia, superficie de reacción.
3) Los átomos se unen entre sí o establecen enlaces químicos (reaccionan) para conseguir mayor estabilidad que cuando se encontraban aislados; si no lo consiguen no reaccionan, no se unen.)

4) Según el modelo que empleamos, la tendencia a unirse o a reaccionar de un átomo dependen de lo cercano que se encuentre a cerrar su capa de valencia.
5) Las capas cerradas son más estables, es decir, sus electrones se encuentran más estables y les cuesta más energía salir de su capa; al contrario las capas no cerradas, es decir, la capa de valencia.

6) La capa de valencia es el conjunto de orbitales (a veces de más de un nivel de energía) más externos de un átomo que no forma una capa cerrada, y por tanto sus electrones se pueden mover más fácilmente que en una capa cerrada.
7) Las uniones entre átomos se deben a la mezcla de los electrones de las capas de valencia de los átomos que se unen. A los electrones implicados en el enlace se les llama electrones de enlace o enlazantes, y siempre van como pares: “pares de electrones enlazantes”.
8) El modo en que se mezclan o solapan átomos depende de los electrones que les quedan para cerrar sus capas de valencia a los átomos implicados.

9) Se define valencia de un átomo de un elemento o valencia de un elemento al número de electrones que debe tomar, ceder o compartir para completar su capa de valencia.
10) Las uniones, ya sean entre átomos o entre moléculas, se deben a interacciones entre cargas eléctricas de signo contrario.
11) Químicamente, se dice que un elemento es metálico o tiene carácter metálico, cuando tiende a ceder electrones (para completar su capa de valencia). Físicamente, o en cuanto a las características físicas observables a simple vista, un metal se define como una sustancia conductora de la corriente eléctrica, conductora del calor, con brillo metálico, dúctil (se forman hilos con facilidad) y maleable (se forman planchas con facilidad). Lo contrario sería la definición de átomo no metálico o en general un no metal.
11) Cristal es toda estructura atómica o molecular ordenada, es decir, cuya estructura consiste en una unidad básica ordenada geométricamente que se repite un número enorme de veces.
12) Existen enlaces entre átomos y entre grupos de átomos o moléculas. Una molécula se forma cuando los enlaces entre los átomos que la forman son mucho más fuertes que los enlaces que se establecen entre las moléculas.
MODELO QUE EMPLEAREMOS PARA JUSTIFICAR LA FORMACIÓN (O NO) DE ENLACES
Justificaremos la formación o no de enlaces químicos con el modelo de capas electrónicas, a que dio lugar la teoría de Bohr. Emplearemos constantemente como modelo de distribución de los electrones en los átomos la configuración electrónica.
Para facilitar el entendimiento fragmentaremos el estudio de los enlaces en dos perspectivas:

  1. Enlaces que se establecen átomo-átomo y

  2. Enlace entre muchos átomos, ya sean todos iguales (formando una red de átomos) o ya sean diferentes, es decir, formando una red de moléculas.

Estructura de los elementos en la naturaleza
Con nuestro modelo de la materia vamos a intentar justificar el comportamiento de los elementos en cuanto al modo en que se presentan en la naturaleza, es decir, si aparecen como átomos sueltos, como moléculas, unidos en forma de redes; y también, en el caso de que los elementos se combinen entre ellos para formar otras sustancias, en qué modo se presentan estas sustancias: como moléculas sueltas o formando redes y en cuanto a las sustancias a que pueden dar lugar o en que se muestran en la naturaleza.
En concreto, nos apoyaremos en las configuraciones electrónicas

Lo veremos por grupos, pues el rasgo que marca mayores tendencias o parecidos es un mismo final de configuración electrónica.

Las sustancias moleculares pueden encontrarse de dos formas: como moléculas independientes que se unen entre sí mediante enlaces débiles o bien formando redes cristalinas
Cristales moleculares: estructuras ordenadas de moléculas independientes, siendo éstas, agrupaciones de átomos unidos mediante enlaces covalentes

Se caracterizan por la existencia de moléculas como entidades aisladas e independientes, unidas entre sí por fuerzas intermoleculares, generalmente débiles. La unidad estructural es la molécula, y por ello se llaman moleculares. Ejemplo sería el iodo. Suelen ser gases a temperatura ambiente.
Cristales covalentes: Son estructuras ordenadas formadas bien por átomos o bien por moléculas, unidos mediante enlace covalente en una red enorme cuya unidad estructural es el propio átomo o bien una molécula. Por tanto, tenemos cristales covalentes atómicos, como por ejemplo el grafito (Cn)o el fósforo violeta (Pn), y también cristales covalentes moleculares, como por ejemplo la sílice (SiO2)

CUANDO SE ENLAZAN ÁTOMOS METÁLICOS IGUALES

Cuando se enlazan metales...

Ambos átomos tienden a ceder electrones, es decir, a formar cationes. Cuando se acercan átomos metálicos iguales (ya sean alcalinos, alcalinotérreos o metales de transición), pasan a cationes mediante el potencial iónico. Pero no podrían quedar así de ningún modo, pues las repulsiones entre ellos serían enormes por tener la misma carga. Ocurre lo siguiente: Los electrones de los que intentan alejarse para conseguir la configuración electrónica de gas noble, quedan “sueltos”, o deslocalizados en un mar o una nube electrónica difusa alrededor de todos los cationes.

Podríamos pensar que fuera suficiente con que dos átomos se acercaran para formar el enlace, pero los iones son inestables, y cuando se acercan a otros iones de la misma carga el conjunto es muy inestable. Para evitar este problema se unen formando redes enormes donde la carga negativa dispersa es capaz de compensar la repulsión.

Este mar de electrones que rodea todos los cationes por una parte compensa cargas, pues la red formada sigue neutra, como cada átomo, y por otro une la red de cationes. Los cationes se empaquetan ordenadamente, normalmente en estructuras cúbicas o hexagonales.

El resultado es una red cristalina (por ser ordenada) y metálica (por estar formada de átomos metálicos) en la que los electrones fluyen con facilidad, siendo esta la razón de sus propiedades metálicas.

El enlace metálico consiste en la estructura anterior.

La entidad o el carácter o “personalidad” de la estructura formada es una red, no una molécula.

Todos los metales que conocemos tienen esta estructura.

Es posible que átomos metálicos diferentes se mezclen formando también redes metálicas cristalinas con enlace metálico, como por ejemplo las aleaciones.
CUANDO SE ENLAZAN ÁTOMOS METÁLICOS CON ÁTOMOS NO METÁLICOS (no metales)
El átomo metálico cede electrones dando lugar a un catión (mediante el potencial de ionización), y el átomo no metálico estará encantado de tomarlos (mediante la afinidad) para dar lugar a un anión. Cuando se unen dos iones se habla de enlace iónico.

Tanto el metal como el no metal han conseguido cerrar su capa, pero no quedan así, formando una molécula, pues los iones son muy inestables, y necesitan rodearse de varios iones de signo contrario para compensar su carga y así estabilizarse, de modo que forman una red.

La red que forma un metal con un no metal es cristalina por ser ordenada e iónica, por estar formada por iones.
La entidad, la personalidad de la estructura formada vuelve a ser de red, es decir, en vez de hablar de NaCl (para el caso de que sea el sodio el metal y el cloro el no metal), habría que hablar de una red de NaCl con n unidades: (NaCl)n.


CUANDO SE ENLAZAN ÁTOMOS NO METÁLICOS

Si son iguales

Si son diferentes

Ambos quieren electrones para completar su capa de valencia, y no están dispuestos a cederlos, como haría un no metal. El único modo de ponerse de acuerdo es compartiendo pares de electrones (cada átomo aporta un electrón al par de electrones enlazante)

No se forman iones, no se forman cargas iónicas

La estructura formada es independiente, tiene entidad de grupo de átomos aislado o molécula

Ambos tiran hacia sí de los electrones de enlace del mismo modo; (son igual de electronegativos) por tanto la carga se distribuye por igual en la molécula formada, y no habrá cargas que compensar, por tanto la estructura formada no necesita unirse a otras unidades.

La electronegatividad es diferente y existirá una distribución irregular de los electrones de enlace que da lugar a una zona negativa y otra positiva (dos polos). Estas cargas necesitan compensarse, pero son mucho menores que las cargas iónicas, de manera que los enlaces formados entre moléculas son mucho más débiles y se sigue manteniendo la entidad o el carácter molecular. Forman redes covalentes








Los gases nobles acaban sus ce en una capa cerrada y se muestran muy poco reactivos, se hecho, también se eles llama inertes.

Cada capa cerrada o llena, es una especie de cuerpo estable, donde las interacciones entre núcleo y electrones están más compensadas.
Por otra parte, un átomo cualquiera es neutro, sin embargo, los electrones de capa de valencia no están tan equilibrados, y dan lugar a la posibilidad de la combinación…

Vamos a plantear algo general: cuando las cargas están distribuidas uniformemente, no se crean cargas residuales y no hay posible atracción, y viceversa. Esto es algo general para la explicación. Se usará para justificar enlaces …
Cuando se forman sustancias con entidad de moléculas covalentes a partir de átomos diferentes, surge un concepto nuevo, la electronegatividad, propiedad química que consiste en la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones del enlace. Linus Pauling (nóbel de química en 1954) estableció el rango de electronegatividades entre 1 y 4.

FUENTES CONSULTADAS

Para la gráfica:

http://www.kalipedia.com/fisica-quimica/tema/graficos-reaccion-exotermica.html?x1=20070924klpcnafyq_69.Ges&x=20070924klpcnafyq_120.Kes

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