Enlace Químico y Estabilidad: Iónico, Regla del Octeto y Ciclo de Born-Haber

Enlace y Estabilidad Energética

Mediante las curvas de Morse, se puede visualizar la formación y las características energéticas de los enlaces químicos. En ellas se representa la variación de energía en función de la distancia que separa a dos átomos y de las fuerzas electrostáticas que intervienen:

Cuando los dos átomos están lo suficientemente separados, el sistema tiene una energía inicial que puede considerarse nula. Al irse aproximando, el núcleo de un átomo comienza a ejercer fuerzas atractivas sobre la nube electrónica del otro y viceversa, lo que produce una disminución energética que estabiliza el sistema, llegando a un mínimo de energía. Esa distancia, d₀, se denomina distancia de enlace. A partir de esa distancia, comienzan a interaccionar las nubes electrónicas entre sí mediante fuerzas repulsivas, lo que origina un aumento de energía. El valor energético correspondiente a la distancia de enlace es la energía de enlace.

Regla del Octeto

La elevada estabilidad de los gases nobles, a excepción del He, se debe a que tienen la capa electrónica externa llena (ns² np⁶); por lo que el resto de los elementos químicos tenderán a tener 8 electrones en la última capa para alcanzar una situación de elevada estabilidad: es lo que se conoce como regla del octeto.

La formación de enlaces la justificaremos mediante esta regla: los átomos en la formación de enlaces van a ceder, captar o compartir electrones con el fin de alcanzar 8 electrones en su capa. (Es una regla que se cumple, y no siempre, en los átomos de los 3 primeros periodos).

Las limitaciones de esta regla son:

• El hidrógeno es estable con solo dos electrones en su capa 1s.
• Octeto expandido: algunos elementos a partir del tercer periodo, al tener orbitales d, pueden rodearse de más de ocho electrones.
• Octeto incompleto: otros elementos se estabilizan con menos de ocho electrones a su alrededor: el B con 6 electrones y el Be con 4.

Enlace Iónico

Se forma cuando uno o varios átomos poco electronegativos ceden electrones a otro u otros muy electronegativos (metal-no metal). Cuando se forman una gran cantidad de estos iones, se produce una estructura sólida denominada red cristalina en la que el catión se rodea del mayor número de aniones posibles y viceversa, debido a las atracciones coulombianas entre ellos.

Energía Reticular (U)

Se define como la energía que se desprende al formarse un mol de un cristal iónico a partir de los iones que lo componen en estado gaseoso. Es una medida de la estabilidad del cristal iónico, el cual será más estable cuanto menor sea su energía reticular.

Se calcula teóricamente mediante la ecuación de Born-Landé:

La energía reticular en valor absoluto aumenta con la carga de los iones y disminuye con la distancia internuclear, si consideramos constantes para los distintos compuestos la constante de Madelung y el factor de compresibilidad.

Ciclo de Born-Haber

Muchas veces no es posible realizar el cálculo de la energía reticular porque no se conoce con precisión ni el valor de la constante de Madelung ni el del factor de compresibilidad.

Pero existe una forma alternativa para calcular U que se basa en la ley de Hess: “si uno o más reactivos reaccionan para dar uno o varios productos, el calor de reacción liberado o absorbido es el mismo si la reacción transcurre en una etapa directa o en varias etapas.”

Tomando como base esta ley y mediante una serie de reacciones químicas de las que se conoce la energía puesta en juego en cada una de ellas, llegamos al cristal iónico desde los elementos químicos en su estado natural. Este procedimiento se conoce como ciclo de Born-Haber.

Propiedades de las Sustancias Iónicas

• Son sustancias sólidas.
• La dureza (resistencia que tiene un material a ser rayado) es bastante grande, ya que para rayarlas hay que romper enlaces electrostáticos que son fuertes.
• Tienen altos puntos de fusión y ebullición por el mismo motivo.
• Su solubilidad es buena en disolventes de tipo polar, como el agua. Las moléculas de este tipo de disolvente rodean a los iones de la red, produciendo interacciones electrostáticas lo suficientemente fuertes como para separarlos del cristal produciendo su disolución.
• La conductividad eléctrica es nula para los sólidos, puesto que, aunque los iones poseen carga, no se mueven al estar fijos en la red. En cambio, presentan alta conductividad disueltas o fundidas, debido a la gran movilidad que presentan.