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5.1 ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

Problema:
¿En general se puede afirmar que las sales se disuelven y conducen la corriente
eléctrica mejor en el agua que en el alcohol?
Hipótesis:
Se sugiere al profesor apoyar a sus alumnos para que elaboren una hipótesis.
Objetivos:
      Realizar una comparación de la capacidad de las sales de disolverse en
       agua y en el alcohol
     Observar y determinar en qué medio se conduce mejor la electricidad las
       sales con agua o las sales con alcohol.
Marco Teórico.
Por su carácter polar, el agua disuelve a un gran número de sustancias sólidas,
líquidas o gaseosas, orgánicas e inorgánicas. Es por ello que se le denomina el
disolvente universal. Por ejemplo, el NaCl cloruro de sodio es un compuesto
iónico muy soluble en agua.
La elevada solubilidad de este compuesto radica en la atracción que los polos
parciales positivos y negativos de la molécula de agua ejercen sobre los iones de
Na+ y de Cl- de los cristales del NaCl. Específicamente las cargas parciales
positivas de los hidrógenos de la molécula de agua atraen a la carga negativa del
anión cloruro Cl-, mientras que la carga parcial negativa del átomo de oxígeno
ejerce la atracción sobre el catión sodio Na+. Estas interacciones electrostáticas
producen la ionización del cloruro de sodio, y los iones Na+ y Cl- se dispersan en la
disolución, para ser consecuentemente hidratados

COMPUESTOS IÓNICOS
       Son sólidos con punto de fusión altos (por lo general, > 400ºC)
       Muchos son solubles en disolventes polares, como el agua..
       La mayoría es insoluble en disolventes no polares, como el hexano C6H14.
        Los compuestos fundidos conducen bien la electricidad porque contienen
       partículas móviles con carga (iones)
       Las soluciones acuosas conducen bien la electricidad porque contienen
       partículas móviles con carga (iones).
                   Materiales                               Sustancias
Una gradilla                                       Agua destilada
12 tubos de ensayo                                 Cloruro de Sodio ( NaCl )
Una balanza electrónica o granataria               Yoduro de potasio ( KI )
Agitador de vidrio                                 Cloruro de Cobre II (CuCl2 )
Conductímetro ( pila de 9 V, foco piloto, 2 Sulfato de Calcio (CaSO4)
caimanes pequeños)
Una cápsula de porcelana                           Nitrato de potasio ( KNO3 )
Un microscopio estereoscópico                      Nitrato de Amonio (NH4NO3)
Un vidrio de reloj
Procedimiento
   1. Observar las características de las sustancias utilizando el microscopio y
      registra tus resultados en la tabla anexa.
   2. Determinar con un aparato de conductividad eléctrica (conductímetro) si las
      sales conducen electricidad en estado sólido.
   3. Numerar los tubos de ensayo del 1 al 12
   4. Pesar 0.4 g de cada una de las sustancias y agregarlas a los primeros 6
      tubos como se indica en la tabla, posteriormente adicionar 5mL de agua
      destilada a cada uno de ellos, agita, y anota tus resultados.
   5. Vierte la disolución del tubo 1 obtenida en una capsula de porcelana,
      introduce los electrodos del circuito eléctrico en la solución y determina si
      esta conduce corriente eléctrica. Repite la operación con los demás tubos y
      registra tus resultados.
   6. Repite nuevamente el procedimiento anterior utilizando los tubos del 7 al 12
      utilizando 5 mL de alcohol en lugar de agua y nuevamente registra los
      resultados en la tabla.

                                         TABLA DE RESULTADOS
                       Características     Conductividad          Soluble     Conductividad
                                             eléctrica en      Agua Alcohol     eléctrica
                                           las sales sólidas                  Agua Alcohol
     Cloruro      de
     Sodio NaCl
     Yoduro       de
     potasio KI
     Cloruro      de
     Cobre II CuCl2
     Sulfato      de
     Calcio CaSO4
     Nitrato      de
     potasio KNO3
     Nitrato      de
     Amonio
     NH4NO3




   Análisis de resultados y observaciones
Instructivo para el armado del circuito eléctrico.

Material:
Pila de 9 V.
2 caimanes pequeños (rojo y negro)
Foco piloto
Realizar el armado del circuito como se indica a continuación.
5.2 CONSTRUCCION DE MODELOS TRIDIMENSIONALES PARA
                                SOLVATACION
     Instructivo para la construcción de modelos tridimensionales para la
                                  solvatación



MATERIALES

Modelos atómicos


PROCEDIMIENTO

   1. Armar los modelos atómicos comenzando por identificar a los átomos de oxígeno e
      hidrógeno que forman a la molécula del agua.
   2. Representar la solvatación de las siguientes sales: NaCl, Na2SO4,




Ejemplo de la representación de la solvatación del cloruro de sodio (NaCl)
5.3 LECTURA
                PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IONICOS
Cuando los metales reaccionan con no metales, los átomos del metal por lo
regular pierden electrones para formar iones positivos. Todos los iones positivos
se denominan cationes. Los cationes siempre tienen menos electrones que
protones. Por ejemplo veamos la figura Nº 1 donde se muestra como un átomo de
sodio neutro (11 protones [11+] y once electrones [11-]) pierde un electrón para
convertirse en un ion sodio. El ion sodio, con 11 protones pero solo 10 electrones,
tienen una carga neta de 1+, lo que se representa como Na+. La cantidad de carga
positiva de un ion metálico es igual al número de electrones que perdió. Por
ejemplo, cuando un átomo de magnesio neutro pierde dos electrones, forma un
ion magnesio Mg2+.
Por otra parte los átomos de los no metales suelen ganar electrones para formar
iones con carga negativa llamados aniones. La figura muestra como un átomo de
cloro neutro (17+, 17-) puede ganar un electrón para formar un ion cloruro Cl-. Con
17 protones y 18 electrones, el ion cloruro tiene una carga neta 1-. Los iones
cloruro se pueden unir con iones sodio para formar cloruro de sodio (sal de mesa).

                                   EJEMPLO: Formación de cloruro de sodio



               Modelo de
                 Bohr



                                                           Acepta el electrón del sodio y
                    Cede su electrón de la
                                                           completa su última capa
                    última capa al cloro




              Modelo de
                Bohr



                    Ion sodio                                  Ion cloruro
                                                  4                                         4


         FIGURA Nº1. Formación de cloruro de sodio a partir de Na y Cl-                     +



Cuando se añaden electrones a un átomo no metálico, la carga del ion formado es
igual al número de electrones que gano. Por ejemplo, un átomo de azufre que
gana dos electrones forma un ion sulfuro S2-.
La transferencia de electrones es posible que ocurra entre elementos cuyas
electronegatividades son significativamente diferentes. Observa que en la tabla de
electronegatividades que el sodio, litio, magnesio y los otros elementos del
extremo izquierdo de la tabla periódica tienen bajas electronegatividades. Estos
metales son muy reactivos y tienen una fuerte tendencia a donar electrones y
formar iones positivos. Mientras que el cloro, flúor, oxigeno y otros elementos no
metales del extremo derecho de la tabla periódica tienen valores altos de
electronegatividad. Esto hace que tengan una fuerte atracción por los electrones y
así formen iones negativos. Por consiguiente, los compuestos iónicos se forman
fácilmente cuando elementos de los extremos de la tabla periódica reaccionan.
Por ejemplo, yoduro de potasio KI y cloruro de calcio CaCl 2. Muchas sustancias
comunes como la cal CaO, la lejía NaOH y el bicarbonato para hornear NaHCO3
también son compuestos iónicos. Ordinariamente la sal de mesa es tan buen
ejemplo de los compuestos iónicos que algunas veces otros compuestos similares
son también llamados “sales”.

          Linus Pauling definió la electronegatividad como La capacidad que
          tienen los átomos de atraer y retener los electrones que participan
          en un enlace químico.
             H                                                            Elemento más
            2.1         VALORES DE ELECTRONEGATIVIDAD DE PAULING         electronegativo
             Li Be                                                  B   C N O       F
            1.0 1.5                                                2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
            Na Mg                                                  Al Si P      S Cl
            0.9 1.2                                                1.5 1.8 2.1 2.5 3.0
             K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br
            0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.8 1.8 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8
            Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I
            0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 1.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5
            Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At
            0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2
            Fr Ra Ac Th Pa U Np – Lw
            0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.3
           Elemento menos electronegativo

                                                 7                                    7


Por consiguiente un átomo de sodio tiene una fuerte tendencia a perder su único
electrón externo y convertirse en Na+. Esto es un ejemplo de oxidación, un
proceso en el cual una especie química pierde uno o más electrones. De manera
similar, es energéticamente favorable para el átomo cloro hacerse de un electrón
extra, completar un octeto externo y convertirse en ión Cl-. Así la ganancia de uno
o más electrones por un átomo, molécula o ion, es denominada reducción.

En química, el enlace iónico es la unión que resulta de la presencia de fuerzas de
atracción electrostática entre los iones de distinto signo. Se da cuando uno de los
átomos capta electrones del otro.

El metal dona/cede uno o más electrones formando un ion con carga positiva o
cationes, con configuración electrónica estable. Estos electrones luego ingresan
en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anión, que también
tiene configuración electrónica estable. La atracción electrostática entre los iones
de carga opuesta causa que se unan y formen un enlace.
Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga
opuesta unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las
propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos
cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es
menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en
general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares como el benceno.

Se denomina enlace iónico al enlace químico de dos o más átomos cuando éstos
tienen una diferencia de electronegatividad mayor a 1.7. En una unión de dos
átomos por enlace iónico, un electrón abandona el átomo menos electronegativo y
pasa a formar parte de la nube electrónica del más electronegativo. El cloruro de
sodio (la sal común) es un ejemplo de enlace iónico: en él se combinan sodio y
cloro, perdiendo el primero un electrón que es capturado por el segundo:

                                     Na Cl → Na + Cl-

De esta manera se forman dos iones de carga contraria: un catión (de carga
positiva) y un anión (de carga negativa). La diferencia entre las cargas de los iones
provoca entonces una fuerza de interacción electromagnética entre los átomos
que los mantiene unidos. El enlace iónico es la unión en la que los elementos
involucrados aceptarán o perderán electrones.

En la solución, los enlaces iónicos pueden romperse y se considera entonces que
los iones están disociados. Es por eso que una solución fisiológica de cloruro de
sodio y agua se marca como "Na+ + Cl-" mientras que los cristales de cloruro de
sodio se marcan "Na+ Cl-" o simplemente "NaCl".

Algunas características de los compuestos formados por este tipo de enlace son:

      Son sólidos de estructura cristalina en el sistema cúbico.
      Este enlace produce una transferencia de electrones de un metal a un no
      metal formando iones
      Altos puntos de fusión y ebullición.
      Son enlaces resultantes de la interacción entre los metales de los grupos I y
      II y los no metales de los grupos VI y VII.
      Son solubles en solventes polares y aun así su solubilidad es muy baja.
      Una vez fundidos o en solución acuosa, sí conducen la electricidad.
      En estado sólido no conducen la electricidad. Si utilizamos un bloque de sal
      como parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionará. Así
      tampoco funcionará una bombilla si utilizamos como parte de un circuito un
      cubo de agua, pero si disolvemos sal en abundancia en dicho cubo, la
      bombilla, del extraño circuito, se encenderá. Esto se debe a que los iones
      disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su signo) de la
      pila del circuito y por ello este funciona.
Los iones se clasifican en dos tipos:

a) Anión: Es un ion con carga negativa, lo que significa que los átomos que lo
conforman tienen un exceso de electrones. Comúnmente los aniones están
formados por no metales, aunque hay ciertos aniones formados por metales y no
metales. Los aniones más conocidos son (el número entre paréntesis indica la
carga): F(-) fluoruro ,Cl(-) cloruro ,Br(-) bromuro,I(-) yoduro,S(2-) sulfuro ,SO4(2-)
sulfato ,NO3(-) nitrato,PO4(3-) fosfato .

b) Catión: Al contrario que los aniones, los cationes son especies químicas con
déficit de electrones, lo que les otorga una carga eléctrica positiva. Los más
comunes son formados a partir de metales, pero hay ciertos cationes formados
con no metales. Na(+) sodio ,K(+) potasio ,Ca(2+) calcio ,Ba(2+) bario ,Mg(2+)
magnesio , Al(3+) aluminio ,NH4(+) amonio

       Determinación de la polaridad de una fuente de corriente continúa




De acuerdo a lo sabido, desde la fuente, los electrones "salen" por el borne
negativo. De aquí van al electrodo negativo, el cátodo, que es donde ocurrirá la
reducción. Podemos pensar esto si sabemos que en la reducción los electrones se
encuentran del lado de los reactivos. Como es la parte negativa, a éste se le
asociarán los iones de la solución que sean positivos: Na+. De acuerdo a la regla
práctica, sabemos que si en el cátodo, el catión en solución es de la primer
columna de la tabla periódica (a ésta pertenece el Na), lo que se reducirá será el
agua de la solución. Por ende, la reacción catódica será: 2 H2O (l) + 2 e- --> H2 (g) +
2 OH-(ac). En la cual se ve que se forma hidrógeno gaseoso, además de hidróxido,
que se unirá con el sodio dando NaOH(ac), que como sabemos da el medio básico
por el cual la fenolftaleína viró a violeta.
Luego tenemos el electrodo positivo, el ánodo, que es donde ocurre la oxidación.
De aquí "saldrán" los electrones que volverán a la fuente. De la misma manera
que lo pensamos antes, podemos decir que en el ánodo, los electrones son un
producto de la oxidación. Además, como es el electrodo negativo, se le asociarán
los iones Cl- de la disolución. Nuevamente, si aplicamos la regla práctica para el
ánodo inatacable, si en la solución hay halógenos, éstos serán los que se oxiden.
Por ende, la reacción anódica será: 2 Cl- (ac) --> Cl2 (g) + 2 e-. Aquí se ve como en
este electrodo se formará cloro gaseoso.
Como se ve en el esquema, los electrones circularán desde el borne negativo de
la fuente, hacia el cátodo, lego por la solución hasta el ánodo, volviendo a la
fuente. Los iones positivos (Na+) irán hacia el borne negativo (cátodo) mientras
que los aniones Cl- irán hacia en ánodo.



               Electrólisis de una solución de ioduro de potasio




Nuevamente tenemos los electrones que llegan al electrodo negativo, que es el
cátodo, ya que en éste, los electrones están del lado de los reactivos. A este
electrodo se asocian los iones K+ de la solución, y como éste no se puede reducir,
lo hará el hidrógeno del agua. Por ende, la ecuación catódica es:
2 H2O (l) + 2 e- --> H2 (g) + 2 OH- (ac). Entonces, podemos concluir que las burbujitas
que se formaban alrededor del electrodo eran de hidrógeno gaseoso, y la
coloración violeta era producto del medio básico que da el hidróxido asociado al
potasio.
Luego, en el electrodo positivo, es donde ocurre la oxidación. A este se le asocian
los iones I- de la solución, que son los que se oxidan (recordemos que el electrodo
es inatacable). La reacción anódica es: 2 I-(ac) --> I2 (ac) + 2 e-. Estos electrones
"volverán" a la fuente, y el yodo molecular es el que, disuelto en agua, da la
coloración amarilla.

Cuestionario:
  1. ¿En qué consiste la electrólisis?
La electrólisis se puede definir como un proceso en el que el paso de la
   corriente eléctrica a través de una disolución o a través de un electrolito
   fundido, da como resultado una reacción de oxidación – reducción (redox),
   no espontánea.




2. Elabora un diagrama que ilustre la electrólisis del yoduro de potasio (KI).



                                            Yoduro de potasion
                                                               Este electrodo se asocian los iones K+ de la solución, y
        LOS ELECTRONES QUE LLEGAN AL ELECTRODO
                                                                como éste no se puede reducir, lo hará el hidrógeno
                       NEGATIVO.
                                                                                      del agua




                               2 H2O (l) + 2 e- --> H2 (g) + 2 OH- (ac).
     Las burbujitas que se formaban alrededor del electrodo eran de hidrógeno gaseoso, yla coloración violeta era
                          producto del medio básico que da el hidróxido asociado al potasio.




              El electrodo positivo, es donde ocurre la oxidación
     Este se le asocian los iones I- de la solución, que son
      los que se oxidan (recordemos que el electrodo es                         2 I-(ac) --> I2 (ac) + 2 e-.
                          inatacable).




                                      Estos electrones "volverán"
                                      a la fuente, y el yodo
                                      molecular es el que, disuelto
                                      en agua, da la coloración
                                      amarilla.
3. ¿Qué es la reducción?

   REDUCCIÓN: Ganancia de electrones (o disminución en el número de
   oxidación).




4. ¿Qué es la oxidación?


   OXIDACIÓN: Pérdida de electrones (o aumento en el número de oxidación).
¿Qué nombre reciben las especies químicas que presentan carga eléctrica
       positiva?

        Aniones: Al contrario que los aniones, los cationes son especies químicas
       con déficit de electrones, lo que les otorga una carga eléctrica positiva. Los
       más comunes son formados a partir de metales, pero hay ciertos cationes
       formados con no metales.

   5. ¿Qué nombre reciben las especies químicas que presentan carga eléctrica
      negativa?

        Anión: Es un ion con carga negativa, lo que significa que los átomos que lo
       conforman tienen un exceso de electrones. Comúnmente los aniones están
       formados por no metales, aunque hay ciertos aniones formados por metales
       y no metales.

   6. ¿Qué nombre reciben los compuestos cuyos átomos están unidos por
      fuerzas de atracción eléctrica?
      Compuestos iónicos: forman redes cristalinas constituidas por iones de
      carga opuesta unidos por fuerzas electrostáticas.


   7. Menciona las principales propiedades de los compuestos que poseen
      enlace iónico.


Los compuestos iónicos son siempre sólidos a temperatura y presión ordinarias.
Tienen puntos de fusión y de ebullición altos debido a las fuertes interacciones
entre los iones de carga distinta. Son también frágiles, pues un golpe fuerte
desplaza a los iones de sus posiciones estables astillando el cristal. Al disolver los
compuestos iónicos en agua, los iones se separan proporcionando una disolución
electrolítica que conduce la electricidad. Estos compuestos también conducen la
electricidad cuando se funden, porque entonces los iones están libres y pueden
desplazarse. Los compuestos iónicos suelen tener densidades bastante bajas, ya
que es difícil que los iones estén unidos estrechamente debido a las fuertes
repulsiones entre iones de la misma carga.
Solubilidad y conductividad eléctrica de las sales

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Solubilidad y conductividad eléctrica de las sales

  • 1. 5.1 ACTIVIDAD EXPERIMENTAL Problema: ¿En general se puede afirmar que las sales se disuelven y conducen la corriente eléctrica mejor en el agua que en el alcohol? Hipótesis: Se sugiere al profesor apoyar a sus alumnos para que elaboren una hipótesis. Objetivos:  Realizar una comparación de la capacidad de las sales de disolverse en agua y en el alcohol  Observar y determinar en qué medio se conduce mejor la electricidad las sales con agua o las sales con alcohol. Marco Teórico. Por su carácter polar, el agua disuelve a un gran número de sustancias sólidas, líquidas o gaseosas, orgánicas e inorgánicas. Es por ello que se le denomina el disolvente universal. Por ejemplo, el NaCl cloruro de sodio es un compuesto iónico muy soluble en agua. La elevada solubilidad de este compuesto radica en la atracción que los polos parciales positivos y negativos de la molécula de agua ejercen sobre los iones de Na+ y de Cl- de los cristales del NaCl. Específicamente las cargas parciales positivas de los hidrógenos de la molécula de agua atraen a la carga negativa del anión cloruro Cl-, mientras que la carga parcial negativa del átomo de oxígeno ejerce la atracción sobre el catión sodio Na+. Estas interacciones electrostáticas producen la ionización del cloruro de sodio, y los iones Na+ y Cl- se dispersan en la disolución, para ser consecuentemente hidratados COMPUESTOS IÓNICOS Son sólidos con punto de fusión altos (por lo general, > 400ºC) Muchos son solubles en disolventes polares, como el agua.. La mayoría es insoluble en disolventes no polares, como el hexano C6H14. Los compuestos fundidos conducen bien la electricidad porque contienen partículas móviles con carga (iones) Las soluciones acuosas conducen bien la electricidad porque contienen partículas móviles con carga (iones). Materiales Sustancias Una gradilla Agua destilada 12 tubos de ensayo Cloruro de Sodio ( NaCl ) Una balanza electrónica o granataria Yoduro de potasio ( KI ) Agitador de vidrio Cloruro de Cobre II (CuCl2 ) Conductímetro ( pila de 9 V, foco piloto, 2 Sulfato de Calcio (CaSO4) caimanes pequeños) Una cápsula de porcelana Nitrato de potasio ( KNO3 ) Un microscopio estereoscópico Nitrato de Amonio (NH4NO3) Un vidrio de reloj
  • 2. Procedimiento 1. Observar las características de las sustancias utilizando el microscopio y registra tus resultados en la tabla anexa. 2. Determinar con un aparato de conductividad eléctrica (conductímetro) si las sales conducen electricidad en estado sólido. 3. Numerar los tubos de ensayo del 1 al 12 4. Pesar 0.4 g de cada una de las sustancias y agregarlas a los primeros 6 tubos como se indica en la tabla, posteriormente adicionar 5mL de agua destilada a cada uno de ellos, agita, y anota tus resultados. 5. Vierte la disolución del tubo 1 obtenida en una capsula de porcelana, introduce los electrodos del circuito eléctrico en la solución y determina si esta conduce corriente eléctrica. Repite la operación con los demás tubos y registra tus resultados. 6. Repite nuevamente el procedimiento anterior utilizando los tubos del 7 al 12 utilizando 5 mL de alcohol en lugar de agua y nuevamente registra los resultados en la tabla. TABLA DE RESULTADOS Características Conductividad Soluble Conductividad eléctrica en Agua Alcohol eléctrica las sales sólidas Agua Alcohol Cloruro de Sodio NaCl Yoduro de potasio KI Cloruro de Cobre II CuCl2 Sulfato de Calcio CaSO4 Nitrato de potasio KNO3 Nitrato de Amonio NH4NO3 Análisis de resultados y observaciones
  • 3. Instructivo para el armado del circuito eléctrico. Material: Pila de 9 V. 2 caimanes pequeños (rojo y negro) Foco piloto Realizar el armado del circuito como se indica a continuación.
  • 4. 5.2 CONSTRUCCION DE MODELOS TRIDIMENSIONALES PARA SOLVATACION Instructivo para la construcción de modelos tridimensionales para la solvatación MATERIALES Modelos atómicos PROCEDIMIENTO 1. Armar los modelos atómicos comenzando por identificar a los átomos de oxígeno e hidrógeno que forman a la molécula del agua. 2. Representar la solvatación de las siguientes sales: NaCl, Na2SO4, Ejemplo de la representación de la solvatación del cloruro de sodio (NaCl)
  • 5. 5.3 LECTURA PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IONICOS Cuando los metales reaccionan con no metales, los átomos del metal por lo regular pierden electrones para formar iones positivos. Todos los iones positivos se denominan cationes. Los cationes siempre tienen menos electrones que protones. Por ejemplo veamos la figura Nº 1 donde se muestra como un átomo de sodio neutro (11 protones [11+] y once electrones [11-]) pierde un electrón para convertirse en un ion sodio. El ion sodio, con 11 protones pero solo 10 electrones, tienen una carga neta de 1+, lo que se representa como Na+. La cantidad de carga positiva de un ion metálico es igual al número de electrones que perdió. Por ejemplo, cuando un átomo de magnesio neutro pierde dos electrones, forma un ion magnesio Mg2+. Por otra parte los átomos de los no metales suelen ganar electrones para formar iones con carga negativa llamados aniones. La figura muestra como un átomo de cloro neutro (17+, 17-) puede ganar un electrón para formar un ion cloruro Cl-. Con 17 protones y 18 electrones, el ion cloruro tiene una carga neta 1-. Los iones cloruro se pueden unir con iones sodio para formar cloruro de sodio (sal de mesa). EJEMPLO: Formación de cloruro de sodio Modelo de Bohr Acepta el electrón del sodio y Cede su electrón de la completa su última capa última capa al cloro Modelo de Bohr Ion sodio Ion cloruro 4 4 FIGURA Nº1. Formación de cloruro de sodio a partir de Na y Cl- + Cuando se añaden electrones a un átomo no metálico, la carga del ion formado es igual al número de electrones que gano. Por ejemplo, un átomo de azufre que gana dos electrones forma un ion sulfuro S2-. La transferencia de electrones es posible que ocurra entre elementos cuyas electronegatividades son significativamente diferentes. Observa que en la tabla de electronegatividades que el sodio, litio, magnesio y los otros elementos del extremo izquierdo de la tabla periódica tienen bajas electronegatividades. Estos metales son muy reactivos y tienen una fuerte tendencia a donar electrones y
  • 6. formar iones positivos. Mientras que el cloro, flúor, oxigeno y otros elementos no metales del extremo derecho de la tabla periódica tienen valores altos de electronegatividad. Esto hace que tengan una fuerte atracción por los electrones y así formen iones negativos. Por consiguiente, los compuestos iónicos se forman fácilmente cuando elementos de los extremos de la tabla periódica reaccionan. Por ejemplo, yoduro de potasio KI y cloruro de calcio CaCl 2. Muchas sustancias comunes como la cal CaO, la lejía NaOH y el bicarbonato para hornear NaHCO3 también son compuestos iónicos. Ordinariamente la sal de mesa es tan buen ejemplo de los compuestos iónicos que algunas veces otros compuestos similares son también llamados “sales”. Linus Pauling definió la electronegatividad como La capacidad que tienen los átomos de atraer y retener los electrones que participan en un enlace químico. H Elemento más 2.1 VALORES DE ELECTRONEGATIVIDAD DE PAULING electronegativo Li Be B C N O F 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Na Mg Al Si P S Cl 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.8 1.8 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 1.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2 Fr Ra Ac Th Pa U Np – Lw 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.3 Elemento menos electronegativo 7 7 Por consiguiente un átomo de sodio tiene una fuerte tendencia a perder su único electrón externo y convertirse en Na+. Esto es un ejemplo de oxidación, un proceso en el cual una especie química pierde uno o más electrones. De manera similar, es energéticamente favorable para el átomo cloro hacerse de un electrón extra, completar un octeto externo y convertirse en ión Cl-. Así la ganancia de uno o más electrones por un átomo, molécula o ion, es denominada reducción. En química, el enlace iónico es la unión que resulta de la presencia de fuerzas de atracción electrostática entre los iones de distinto signo. Se da cuando uno de los átomos capta electrones del otro. El metal dona/cede uno o más electrones formando un ion con carga positiva o cationes, con configuración electrónica estable. Estos electrones luego ingresan en el no metal, originando un ion cargado negativamente o anión, que también tiene configuración electrónica estable. La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un enlace.
  • 7. Los compuestos iónicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta unidos por fuerzas electrostáticas. Este tipo de atracción determina las propiedades observadas. Si la atracción electrostática es fuerte, se forman sólidos cristalinos de elevado punto de fusión e insolubles en agua; si la atracción es menor, como en el caso del NaCl, el punto de fusión también es menor y, en general, son solubles en agua e insolubles en líquidos apolares como el benceno. Se denomina enlace iónico al enlace químico de dos o más átomos cuando éstos tienen una diferencia de electronegatividad mayor a 1.7. En una unión de dos átomos por enlace iónico, un electrón abandona el átomo menos electronegativo y pasa a formar parte de la nube electrónica del más electronegativo. El cloruro de sodio (la sal común) es un ejemplo de enlace iónico: en él se combinan sodio y cloro, perdiendo el primero un electrón que es capturado por el segundo: Na Cl → Na + Cl- De esta manera se forman dos iones de carga contraria: un catión (de carga positiva) y un anión (de carga negativa). La diferencia entre las cargas de los iones provoca entonces una fuerza de interacción electromagnética entre los átomos que los mantiene unidos. El enlace iónico es la unión en la que los elementos involucrados aceptarán o perderán electrones. En la solución, los enlaces iónicos pueden romperse y se considera entonces que los iones están disociados. Es por eso que una solución fisiológica de cloruro de sodio y agua se marca como "Na+ + Cl-" mientras que los cristales de cloruro de sodio se marcan "Na+ Cl-" o simplemente "NaCl". Algunas características de los compuestos formados por este tipo de enlace son: Son sólidos de estructura cristalina en el sistema cúbico. Este enlace produce una transferencia de electrones de un metal a un no metal formando iones Altos puntos de fusión y ebullición. Son enlaces resultantes de la interacción entre los metales de los grupos I y II y los no metales de los grupos VI y VII. Son solubles en solventes polares y aun así su solubilidad es muy baja. Una vez fundidos o en solución acuosa, sí conducen la electricidad. En estado sólido no conducen la electricidad. Si utilizamos un bloque de sal como parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionará. Así tampoco funcionará una bombilla si utilizamos como parte de un circuito un cubo de agua, pero si disolvemos sal en abundancia en dicho cubo, la bombilla, del extraño circuito, se encenderá. Esto se debe a que los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su signo) de la pila del circuito y por ello este funciona.
  • 8. Los iones se clasifican en dos tipos: a) Anión: Es un ion con carga negativa, lo que significa que los átomos que lo conforman tienen un exceso de electrones. Comúnmente los aniones están formados por no metales, aunque hay ciertos aniones formados por metales y no metales. Los aniones más conocidos son (el número entre paréntesis indica la carga): F(-) fluoruro ,Cl(-) cloruro ,Br(-) bromuro,I(-) yoduro,S(2-) sulfuro ,SO4(2-) sulfato ,NO3(-) nitrato,PO4(3-) fosfato . b) Catión: Al contrario que los aniones, los cationes son especies químicas con déficit de electrones, lo que les otorga una carga eléctrica positiva. Los más comunes son formados a partir de metales, pero hay ciertos cationes formados con no metales. Na(+) sodio ,K(+) potasio ,Ca(2+) calcio ,Ba(2+) bario ,Mg(2+) magnesio , Al(3+) aluminio ,NH4(+) amonio Determinación de la polaridad de una fuente de corriente continúa De acuerdo a lo sabido, desde la fuente, los electrones "salen" por el borne negativo. De aquí van al electrodo negativo, el cátodo, que es donde ocurrirá la reducción. Podemos pensar esto si sabemos que en la reducción los electrones se encuentran del lado de los reactivos. Como es la parte negativa, a éste se le asociarán los iones de la solución que sean positivos: Na+. De acuerdo a la regla práctica, sabemos que si en el cátodo, el catión en solución es de la primer columna de la tabla periódica (a ésta pertenece el Na), lo que se reducirá será el agua de la solución. Por ende, la reacción catódica será: 2 H2O (l) + 2 e- --> H2 (g) + 2 OH-(ac). En la cual se ve que se forma hidrógeno gaseoso, además de hidróxido, que se unirá con el sodio dando NaOH(ac), que como sabemos da el medio básico por el cual la fenolftaleína viró a violeta. Luego tenemos el electrodo positivo, el ánodo, que es donde ocurre la oxidación. De aquí "saldrán" los electrones que volverán a la fuente. De la misma manera que lo pensamos antes, podemos decir que en el ánodo, los electrones son un producto de la oxidación. Además, como es el electrodo negativo, se le asociarán
  • 9. los iones Cl- de la disolución. Nuevamente, si aplicamos la regla práctica para el ánodo inatacable, si en la solución hay halógenos, éstos serán los que se oxiden. Por ende, la reacción anódica será: 2 Cl- (ac) --> Cl2 (g) + 2 e-. Aquí se ve como en este electrodo se formará cloro gaseoso. Como se ve en el esquema, los electrones circularán desde el borne negativo de la fuente, hacia el cátodo, lego por la solución hasta el ánodo, volviendo a la fuente. Los iones positivos (Na+) irán hacia el borne negativo (cátodo) mientras que los aniones Cl- irán hacia en ánodo. Electrólisis de una solución de ioduro de potasio Nuevamente tenemos los electrones que llegan al electrodo negativo, que es el cátodo, ya que en éste, los electrones están del lado de los reactivos. A este electrodo se asocian los iones K+ de la solución, y como éste no se puede reducir, lo hará el hidrógeno del agua. Por ende, la ecuación catódica es: 2 H2O (l) + 2 e- --> H2 (g) + 2 OH- (ac). Entonces, podemos concluir que las burbujitas que se formaban alrededor del electrodo eran de hidrógeno gaseoso, y la coloración violeta era producto del medio básico que da el hidróxido asociado al potasio. Luego, en el electrodo positivo, es donde ocurre la oxidación. A este se le asocian los iones I- de la solución, que son los que se oxidan (recordemos que el electrodo es inatacable). La reacción anódica es: 2 I-(ac) --> I2 (ac) + 2 e-. Estos electrones "volverán" a la fuente, y el yodo molecular es el que, disuelto en agua, da la coloración amarilla. Cuestionario: 1. ¿En qué consiste la electrólisis?
  • 10. La electrólisis se puede definir como un proceso en el que el paso de la corriente eléctrica a través de una disolución o a través de un electrolito fundido, da como resultado una reacción de oxidación – reducción (redox), no espontánea. 2. Elabora un diagrama que ilustre la electrólisis del yoduro de potasio (KI). Yoduro de potasion Este electrodo se asocian los iones K+ de la solución, y LOS ELECTRONES QUE LLEGAN AL ELECTRODO como éste no se puede reducir, lo hará el hidrógeno NEGATIVO. del agua 2 H2O (l) + 2 e- --> H2 (g) + 2 OH- (ac). Las burbujitas que se formaban alrededor del electrodo eran de hidrógeno gaseoso, yla coloración violeta era producto del medio básico que da el hidróxido asociado al potasio. El electrodo positivo, es donde ocurre la oxidación Este se le asocian los iones I- de la solución, que son los que se oxidan (recordemos que el electrodo es 2 I-(ac) --> I2 (ac) + 2 e-. inatacable). Estos electrones "volverán" a la fuente, y el yodo molecular es el que, disuelto en agua, da la coloración amarilla.
  • 11. 3. ¿Qué es la reducción? REDUCCIÓN: Ganancia de electrones (o disminución en el número de oxidación). 4. ¿Qué es la oxidación? OXIDACIÓN: Pérdida de electrones (o aumento en el número de oxidación).
  • 12. ¿Qué nombre reciben las especies químicas que presentan carga eléctrica positiva? Aniones: Al contrario que los aniones, los cationes son especies químicas con déficit de electrones, lo que les otorga una carga eléctrica positiva. Los más comunes son formados a partir de metales, pero hay ciertos cationes formados con no metales. 5. ¿Qué nombre reciben las especies químicas que presentan carga eléctrica negativa? Anión: Es un ion con carga negativa, lo que significa que los átomos que lo conforman tienen un exceso de electrones. Comúnmente los aniones están formados por no metales, aunque hay ciertos aniones formados por metales y no metales. 6. ¿Qué nombre reciben los compuestos cuyos átomos están unidos por fuerzas de atracción eléctrica? Compuestos iónicos: forman redes cristalinas constituidas por iones de carga opuesta unidos por fuerzas electrostáticas. 7. Menciona las principales propiedades de los compuestos que poseen enlace iónico. Los compuestos iónicos son siempre sólidos a temperatura y presión ordinarias. Tienen puntos de fusión y de ebullición altos debido a las fuertes interacciones entre los iones de carga distinta. Son también frágiles, pues un golpe fuerte desplaza a los iones de sus posiciones estables astillando el cristal. Al disolver los compuestos iónicos en agua, los iones se separan proporcionando una disolución electrolítica que conduce la electricidad. Estos compuestos también conducen la electricidad cuando se funden, porque entonces los iones están libres y pueden desplazarse. Los compuestos iónicos suelen tener densidades bastante bajas, ya que es difícil que los iones estén unidos estrechamente debido a las fuertes repulsiones entre iones de la misma carga.