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Décimo 10° · Química
Enlace químico y estructura de la materia · El enlace químico

Estabilidad de átomos e iones

Al ver los letreros de neón de la carrera Séptima, en Bogotá, el gas brilla solo, como átomos sueltos. En cambio, nunca vas a ver sodio metálico suelto en el salero de la mesa: ahí está combinado con cloro como sal de cocina, la misma que se extrae en Zipaquirá. Casi todos los elementos terminan enlazados con otros átomos. ¿Por qué el neón se queda solo y el sodio y el cloro no?

Por qué se enlazan los átomos

Si pones sodio metálico en contacto con cloro gaseoso, reaccionan con violencia y desprenden luz y calor hasta formar sal de cocina ($\text{NaCl}$). Para volver a separar esa sal en sus elementos hay que fundirla y aplicarle electricidad. Los átomos aislados "prefieren" agruparse porque así el conjunto tiene menos energía, y la materia tiende a la energía mínima.

Gráfica de energía potencial frente a la distancia entre dos átomos: a distancias muy cortas la energía sube por la repulsión entre núcleos, a grandes distancias tiende a la de los átomos separados y entre medias hay un pozo de energía mínima, que corresponde a los átomos enlazados; la profundidad del pozo es la energía de enlace. Energía potencial Distancia entre los átomos Energía de enlace repulsión entre núcleos 2 átomos separados átomos enlazados: energía mínima

La profundidad del pozo (la diferencia entre los átomos separados y el mínimo) es la energía de enlace: la energía mínima que hay que aportar para separar de nuevo a los átomos. Una molécula estable tiene menos energía que los mismos átomos por separado.

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En la naturaleza apenas se encuentran átomos aislados: salvo los gases nobles, los elementos se presentan formando compuestos o metales. a) Explica qué significa que un…

En la naturaleza apenas se encuentran átomos aislados: salvo los gases nobles, los elementos se presentan formando compuestos o metales.

  1. a) Explica qué significa que un átomo sea «estable» y qué ganan los átomos al enlazarse unos con otros.
  2. b) ¿Qué ocurre con la energía del conjunto cuando los átomos forman un enlace? ¿Aumenta o disminuye?
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La regla del octeto guía la química de la mayoría de los elementos. a) Enúnciala con tus palabras. b) ¿A qué electrones del átomo se refiere? c) ¿Qué configuración…

La regla del octeto guía la química de la mayoría de los elementos.

  1. a) Enúnciala con tus palabras.
  2. b) ¿A qué electrones del átomo se refiere?
  3. c) ¿Qué configuración alcanzan los átomos cuando la cumplen? Pon un ejemplo de elemento que ya la posea de forma natural.
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De átomo a ion: cationes y aniones

Ajusta los electrones de este modelo de Bohr del sodio: con 11 protones y 11 electrones tienes el átomo neutro; con 10 obtienes el ion $\text{Na}^+$, con la misma capa de valencia que el neón.

La carga neta de una partícula es (número de protones) − (número de electrones). Por ejemplo, una partícula con 12 protones y 10 electrones tiene carga $+2$.

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Cuando el sodio se combina con el cloro, cada átomo de sodio cede un electrón y se convierte en el ion $\text{Na}^+$. El esquema representa la cesión del electrón. a)…

Cuando el sodio se combina con el cloro, cada átomo de sodio cede un electrón y se convierte en el ion $\text{Na}^+$. El esquema representa la cesión del electrón.

Na átomo de Na cede 1 electrón Na +1 ion Na
  1. a) Define qué es un catión y qué es un anión.
  2. b) Indica el signo de la carga de cada tipo de ion.
  3. c) ¿Es el ion $\text{Na}^+$ un catión o un anión? Razona la respuesta.
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El magnesio ($Z = 12$) reacciona perdiendo electrones y formando el ion $\text{Mg}^{2+}$. a) ¿Cuántos electrones pierde cada átomo de magnesio? b) ¿Cuántos electrones…

El magnesio ($Z = 12$) reacciona perdiendo electrones y formando el ion $\text{Mg}^{2+}$.

  1. a) ¿Cuántos electrones pierde cada átomo de magnesio?
  2. b) ¿Cuántos electrones tiene en total el ion formado?
  3. c) Escribe el proceso como una semirreacción: $\text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + \ldots$ (completa el número de electrones que se liberan).
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El cloro ($Z = 17$) del agua de las piscinas actúa como desinfectante y, al reaccionar, cada átomo gana un electrón formando el ion $\text{Cl}^{-}$. a) ¿Cuántos…

El cloro ($Z = 17$) del agua de las piscinas actúa como desinfectante y, al reaccionar, cada átomo gana un electrón formando el ion $\text{Cl}^{-}$.

  1. a) ¿Cuántos electrones tiene el ion cloruro?
  2. b) ¿Es un catión o un anión?
  3. c) ¿Cuál es su carga eléctrica neta? Justifícala contando protones y electrones.
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Una partícula contiene $12$ protones y $10$ electrones. a) Calcula su carga neta. b) ¿Es un átomo neutro, un catión o un anión? c) Identifica el elemento y escribe el…

Una partícula contiene $12$ protones y $10$ electrones.

  1. a) Calcula su carga neta.
  2. b) ¿Es un átomo neutro, un catión o un anión?
  3. c) Identifica el elemento y escribe el símbolo del ion.
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Predecir el ion más estable

Modelo de capas: el sodio (2, 8, 1) pierde su único electrón de valencia y queda como Na⁺ (2, 8), con la configuración del neón; el cloro (2, 8, 7) gana un electrón y queda como Cl⁻ (2, 8, 8), con la configuración del argón. Sodio (Z = 11): metal, 1 e⁻ de valencia 11+ e⁻ pierde 1 e⁻ en vez de ganar 7 11+ + Na: 2, 8, 1 1 e⁻ de más Na⁺: 2, 8 configuración del Ne Cloro (Z = 17): no metal, 7 e⁻ de valencia 17+ hueco e⁻ gana 1 e⁻ en vez de perder 7 17+ − Cl: 2, 8, 7 1 e⁻ de menos Cl⁻: 2, 8, 8 configuración del Ar

Para predecir el ion: escribe la configuración, cuenta los electrones de valencia y decide si es más corto perder o ganar. El número de electrones de valencia se puede representar con puntos alrededor del símbolo (estructura de Lewis): cada punto solo es un electrón de valencia, y los puntos sin pareja indican cuántos enlaces suele formar el átomo (el Cl tiene 7 electrones de valencia y 1 desapareado, forma 1 enlace; el O tiene 6 y 2 desapareados, forma 2).

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Los diagramas de Lewis representan los electrones de valencia como puntos alrededor del símbolo del elemento. a) Indica cuántos electrones de valencia tienen el sodio…

Los diagramas de Lewis representan los electrones de valencia como puntos alrededor del símbolo del elemento.

  1. a) Indica cuántos electrones de valencia tienen el sodio ($Z = 11$), el magnesio ($Z = 12$), el oxígeno ($Z = 8$) y el cloro ($Z = 17$).
  2. b) Dibuja en tu cuaderno el diagrama de Lewis de cada uno de los cuatro átomos.
  3. c) ¿Cuántos electrones desapareados tiene cada átomo? Relaciónalo con el número de enlaces que suele formar cada elemento.

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

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Compuestos iónicos y neutralidad

Cuando un metal cede electrones y un no metal los acepta, los iones de carga contraria se atraen. El compuesto resultante es eléctricamente neutro: la suma de las cargas positivas y negativas debe ser cero. Así se deduce la fórmula.

Especies isoelectrónicas y tamaño de los iones

El ion $\text{O}^{2-}$ mide $140\ \text{pm}$ de radio y el ion $\text{Mg}^{2+}$ apenas $72\ \text{pm}$, aunque ambos tienen los mismos 10 electrones. ¿Por qué dos especies con la misma corteza tienen tamaños tan distintos?

Comparación a escala del radio de los iones isoelectrónicos O²⁻ (8 protones), Na⁺ (11) y Mg²⁺ (12), todos con 10 electrones: el radio disminuye al aumentar el número de protones. O²⁻ 8 p⁺ Na⁺ 11 p⁺ Mg²⁺ 12 p⁺ 140 pm 102 pm 72 pm más protones → menor radio Mismos 10 electrones, tamaños muy distintos p⁺ = protones en el núcleo
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Estas especies parecen muy distintas: $\text{N}^{3-}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{F}^{-}$, $\text{Na}^{+}$, $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{Al}^{3+}$. Datos: $Z(\text{N}) = 7$,…

Estas especies parecen muy distintas: $\text{N}^{3-}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{F}^{-}$, $\text{Na}^{+}$, $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{Al}^{3+}$. Datos: $Z(\text{N}) = 7$, $Z(\text{O}) = 8$, $Z(\text{F}) = 9$, $Z(\text{Na}) = 11$, $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{Al}) = 13$.

  1. a) Calcula el número de electrones de cada especie.
  2. b) ¿Qué tienen en común todas ellas?
  3. c) Explica qué significa que sean isoelectrónicas e indica con qué gas noble lo son.
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Por qué hay un límite: energía de ionización

Para arrancarle el primer electrón al sodio hacen falta $496\ \text{kJ/mol}$. Al ion $\text{Na}^+$ arrancarle otro cuesta $4\,562\ \text{kJ/mol}$, casi diez veces más. Por eso no existe el $\text{Na}^{2+}$ en los compuestos. ¿Por qué la energía se dispara de golpe?

Este modelo representa al $\text{Mg}^{2+}$: quedan dos capas completas, como el neón. Arrancar un tercer electrón sería romper esa capa interna, y por eso el magnesio no forma $\text{Mg}^{3+}$.

Resumen

Vuelve al principio: el neón ya tiene su octeto y se queda solo; el sodio y el cloro, al intercambiar un electrón, alcanzan el octeto, bajan su energía y quedan unidos como sal de cocina.

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