Clase Práctica de Química General (Ciclo Born-Haber) (página 2)
Enviado por Javier Hern�ndez Obreg�n
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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