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La estructura cristalina del cloruro de sodio , NaCl, un compuesto iónico típico. Las esferas de color púrpura representan cationes de sodio , Na + , y las esferas verdes representan aniones de cloruro , Cl - .

En química , un compuesto iónico es un compuesto químico compuesto de iones que se mantienen unidos por fuerzas electrostáticas denominadas enlace iónico . El compuesto es neutro en general, pero consta de iones cargados positivamente llamados cationes e iones cargados negativamente llamados aniones . Estos pueden ser iones simples como el sodio (Na + ) y el cloruro (Cl - ) en el cloruro de sodio , o especies poliatómicas como el amonio ( NH+
4) y carbonato ( CO2−
3) iones en carbonato de amonio . Los iones individuales dentro de un compuesto iónico generalmente tienen varios vecinos más cercanos, por lo que no se consideran parte de moléculas, sino parte de una red tridimensional continua. Los compuestos iónicos suelen formar estructuras cristalinas cuando están sólidos.

Los compuestos iónicos que contienen iones básicos hidróxido (OH - ) u óxido (O 2− ) se clasifican como bases. Los compuestos iónicos sin estos iones también se conocen como sales y pueden formarse mediante reacciones ácido-base . Los compuestos iónicos también pueden producirse a partir de sus iones constituyentes por evaporación de su disolvente , precipitación , congelación , una reacción de estado sólido , o la transferencia de electrones de reacción de reactivos metales con no metales reactivos, tales como halógeno gases.

Los compuestos iónicos suelen tener altos puntos de fusión y ebullición , y son duros y quebradizos . Como sólidos, casi siempre son eléctricamente aislantes , pero cuando se funden o disuelven se vuelven altamente conductores , porque los iones se movilizan.

Historia del descubrimiento [ editar ]

La palabra ion es el griego ἰόν , ion , "ir", el participio presente de ἰέναι , ienai , "ir". Este término fue introducido por el físico y químico inglés Michael Faraday en 1834 para la especie entonces desconocida que va de un electrodo a otro a través de un medio acuoso. [1] [2]

Espectrómetro de rayos X desarrollado por Bragg

En 1913, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg determinaron la estructura cristalina del cloruro de sodio . [3] [4] [5] Esto reveló que había seis vecinos cercanos equidistantes para cada átomo, lo que demuestra que los constituyentes no estaban dispuestos en moléculas o agregados finitos, sino como una red con un orden cristalino de largo alcance . [5] También se encontró que muchos otros compuestos inorgánicos tienen características estructurales similares. [5] Estos compuestos pronto se describieron como constituidos por iones en lugar de átomos neutros , pero la prueba de esta hipótesis no se encontró hasta mediados de la década de 1920, cuandoSe realizaron experimentos de reflexión de rayos X (que detectan la densidad de electrones). [5] [6]

Los principales contribuyentes al desarrollo de un tratamiento teórico de las estructuras cristalinas iónicas fueron Max Born , Fritz Haber , Alfred Landé , Erwin Madelung , Paul Peter Ewald y Kazimierz Fajans . [7] Born predijo las energías de los cristales basándose en la suposición de componentes iónicos, que mostraron una buena correspondencia con las mediciones termoquímicas , lo que respalda aún más la suposición. [5]

Formación [ editar ]

La halita , la forma mineral de cloruro de sodio , se forma cuando el agua salada se evapora dejando atrás los iones.

Los compuestos iónicos se pueden producir a partir de sus iones constituyentes por evaporación , precipitación o congelación . Los metales reactivos como los metales alcalinos pueden reaccionar directamente con los gases halógenos altamente electronegativos para formar un producto iónico. [8] También se pueden sintetizar como el producto de una reacción a alta temperatura entre sólidos. [9]

Si el compuesto iónico es soluble en un disolvente, puede obtenerse como un compuesto sólido evaporando el disolvente de esta solución de electrolito . [10] A medida que se evapora el disolvente, los iones no pasan al vapor, sino que permanecen en la solución restante, y cuando se concentran lo suficiente, se produce la nucleación y cristalizan en un compuesto iónico. Este proceso ocurre ampliamente en la naturaleza y es el medio de formación de los minerales evaporíticos . [11] Otro método para recuperar el compuesto de la solución implica saturar una solución a alta temperatura y luego reducir la solubilidad al reducir la temperatura hasta que la solución esté sobresaturada.y el compuesto sólido se nuclea. [10]

Los compuestos iónicos insolubles se pueden precipitar mezclando dos soluciones, una con el catión y otra con el anión. Debido a que todas las soluciones son eléctricamente neutras, las dos soluciones mezcladas también deben contener contraiones de cargas opuestas. Para asegurarse de que estos no contaminen el compuesto iónico precipitado, es importante asegurarse de que no precipiten también. [12] Si las dos soluciones tienen iones de hidrógeno e iones de hidróxido como contraiones, reaccionarán entre sí en lo que se llama una reacción ácido-base o una reacción de neutralización para formar agua. [13] Alternativamente, se pueden elegir los contraiones para garantizar que, incluso cuando se combinen en una sola solución, seguirán siendo solubles comoiones espectadores . [12]

Si el disolvente es agua en el método de formación por evaporación o precipitación, en muchos casos el cristal iónico formado también incluye agua de cristalización , por lo que el producto se conoce como hidrato y puede tener propiedades químicas muy diferentes. [14]

Las sales fundidas se solidificarán al enfriarse por debajo de su punto de congelación . [15] Esto se utiliza a veces para la síntesis en estado sólido de compuestos iónicos complejos a partir de reactivos sólidos, que primero se funden juntos. [16] En otros casos, los reactivos sólidos no necesitan fundirse, sino que pueden reaccionar a través de una ruta de reacción en estado sólido . En este método, los reactivos se muelen finamente repetidamente en una pasta y luego se calientan a una temperatura en la que los iones de los reactivos vecinos pueden difundirse juntos durante el tiempo que la mezcla de reactivos permanece en el horno. [9]Otras rutas sintéticas utilizan un precursor sólido con la proporción estequiométrica correcta de iones no volátiles, que se calienta para expulsar a otras especies. [9]

En algunas reacciones entre metales altamente reactivos (generalmente del Grupo 1 o Grupo 2 ) y gases halógenos altamente electronegativos, o agua, los átomos pueden ionizarse por transferencia de electrones , [17] un proceso que se entiende termodinámicamente usando el ciclo de Born-Haber . [18]

Vinculación [ editar ]

Un diagrama esquemático de la capa de electrones de los átomos de sodio y flúor que experimentan una reacción redox para formar fluoruro de sodio . El sodio pierde su electrón externo para darle una configuración electrónica estable , y este electrón entra en el átomo de flúor exotérmicamente . Los iones con carga opuesta, por lo general muchos de ellos, se atraen entre sí para formar un sólido.
Artículo principal: Unión iónica

Los iones en los compuestos iónicos se mantienen unidos principalmente por las fuerzas electrostáticas entre la distribución de carga de estos cuerpos y, en particular, el enlace iónico resultante de la atracción de Coulomb de largo alcance entre la carga neta negativa de los aniones y la carga neta positiva de los cationes. . [19] También hay una pequeña fuerza de atracción adicional de las interacciones de van der Waals que contribuye solo alrededor del 1-2% de la energía cohesiva de los iones pequeños. [20] Cuando un par de iones se acerca lo suficiente para que sus capas externas de electrones (la mayoría de los iones simples tienen capas cerradas ) se superpongan, se produce una fuerza repulsiva de corto alcance, [21]debido al principio de exclusión de Pauli . [22] El equilibrio entre estas fuerzas conduce a un pozo de energía potencial con energía mínima cuando los núcleos están separados por una distancia de equilibrio específica. [21]

Si la estructura electrónica de los dos cuerpos que interactúan se ve afectada por la presencia del otro, las interacciones covalentes (no iónicas) también contribuyen a la energía total del compuesto formado. [23] Los compuestos iónicos rara vez son puramente iónicos, es decir, se mantienen unidos sólo por fuerzas electrostáticas. Los enlaces entre incluso los pares más electronegativos / electropositivos , como los del fluoruro de cesio, exhiben un pequeño grado de covalencia . [24] [25] Por el contrario, los enlaces covalentes entre átomos diferentes a menudo exhiben alguna separación de carga y se puede considerar que tienen un carácter iónico parcial. [23]Las circunstancias bajo las cuales un compuesto tendrá carácter iónico o covalente se pueden entender típicamente usando las reglas de Fajans , que usan solo cargas y los tamaños de cada ion. De acuerdo con estas reglas, los compuestos con el carácter más iónico tendrán iones positivos grandes con una carga baja, unidos a un ión negativo pequeño con una carga alta. [26] De manera más general , se puede aplicar la teoría HSAB , según la cual los compuestos con el carácter más iónico son los que consisten en ácidos duros y bases duras: iones pequeños, muy cargados con una gran diferencia en electronegatividades entre el anión y el catión. [27] [28]Esta diferencia en electronegatividades significa que la separación de carga y el momento dipolar resultante se mantienen incluso cuando los iones están en contacto (el exceso de electrones en los aniones no se transfiere ni polariza para neutralizar los cationes). [29]

Estructura [ editar ]

La celda unitaria de la estructura de mezcla de zinc.

Los iones típicamente se empaquetan en estructuras cristalinas extremadamente regulares, en una disposición que minimiza la energía de la red (maximizando las atracciones y minimizando las repulsiones). La energía de la red es la suma de la interacción de todos los sitios con todos los demás sitios. Para los iones esféricos no polarizables, solo se requieren las cargas y las distancias para determinar la energía de interacción electrostática. Para cualquier estructura de cristal ideal en particular, todas las distancias están relacionadas geométricamente con la distancia internuclear más pequeña. Entonces, para cada posible estructura cristalina, la energía electrostática total puede relacionarse con la energía electrostática de las cargas unitarias en la distancia vecina más cercana mediante una constante multiplicativa llamada constante de Madelung [21]que se puede calcular de manera eficiente utilizando una suma de Ewald . [30] Cuando se asume una forma razonable para la energía repulsiva adicional, la energía reticular total puede modelarse usando la ecuación de Born-Landé , [31] la ecuación de Born-Mayer , o en ausencia de información estructural, la ecuación de Kapustinskii . [32]

Usando una aproximación aún más simple de los iones como esferas duras impenetrables, la disposición de los aniones en estos sistemas a menudo está relacionada con arreglos de esferas muy compactas , con los cationes ocupando intersticios tetraédricos u octaédricos . [33] [34] Dependiendo de la estequiometría del compuesto iónico y la coordinación (determinada principalmente por la relación del radio ) de cationes y aniones, se observan comúnmente una variedad de estructuras, [35] y teóricamente se racionalizan según las reglas de Pauling . [36]

Estructuras de compuestos iónicos comunes con aniones compactos [35]
EstequiometríaCatión: coordinación de anionesSitios intersticialesEmpaquetamiento cerrado cúbico de anionesEmpaquetamiento cerrado hexagonal de aniones
ocupaciónrelación de radio críticonombreConstante de MadelungnombreConstante de Madelung
MX6: 6todo octaédrico0,4142 [33]cloruro de sodio1.747565 [37]nickeline<1,73 [a] [38]
4: 4tetraédrico alterno0.2247 [39]blenda de zinc1.6381 [37]wurtzita1.641 [5]
MX 28: 4todo tetraédrico0.2247fluorita5.03878 [40]
6: 3medio octaédrico (capas alternas completamente ocupadas)0.4142cloruro de cadmio5.61 [41]yoduro de cadmio4.71 [40]
MX 36: 2un tercio octaédrico0.4142bromuro de rodio (III) [b] [42] [43]6.67 [44] [c]yoduro de bismuto8.26 [44] [d]
M 2 X 36: 4octaédrico de dos tercios0.4142corundo25.0312 [40]
ABO 3octaédrico de dos tercios0.4142ilmenitadepende de los cargos y la estructura [e]
AB 2 O 4un octavo tetraédrico y medio octaédricor A / r O  = 0.2247, r B / r O  = 0.4142 [f]espinela , espinela inversadepende de la distribución de los sitios de cationes [47] [48] [49]olivinodepende de las distribuciones de los sitios catiónicos [50]

En algunos casos, los aniones adquieren un empaque cúbico simple y las estructuras comunes resultantes observadas son:

Estructuras de compuestos iónicos comunes con aniones empaquetados cúbicos simples [43]
EstequiometríaCatión: coordinación de anionesSitios intersticiales ocupadosEstructura de ejemplo
nombrerelación de radio críticoConstante de Madelung
MX8: 8completamente llenocloruro de cesio0,7321 [51]1.762675 [37]
MX 28: 4Medio llenofluoruro de calcio
M 2 X4: 8Medio llenoóxido de litio

Algunos líquidos iónicos, particularmente con mezclas de aniones o cationes, se pueden enfriar lo suficientemente rápido como para que no haya tiempo suficiente para que ocurra la nucleación del cristal , por lo que se forma un vidrio iónico (sin orden de largo alcance). [52]

Defectos [ editar ]

Defecto de Schottky
Ver también: defecto cristalográfico

Dentro de un cristal iónico, generalmente habrá algunos defectos puntuales, pero para mantener la electroneutralidad, estos defectos se presentan en pares. [53] Los defectos de Frenkel consisten en una vacante catiónica emparejada con un intersticial catiónico y pueden generarse en cualquier parte del cristal, [53] ocurriendo más comúnmente en compuestos con un número de coordinación bajo y cationes que son mucho más pequeños que los aniones. [54] Los defectos de Schottky consisten en una vacante de cada tipo, y se generan en las superficies de un cristal, [53] ocurren más comúnmente en compuestos con un alto número de coordinación y cuando los aniones y cationes son de tamaño similar. [54] Si los cationes tienen múltiples posiblesestados de oxidación , entonces es posible que las vacantes de cationes compensen las deficiencias de electrones en los sitios de cationes con números de oxidación más altos, lo que da como resultado un compuesto no estequiométrico . [53] Otra posibilidad no estequiométrica es la formación de un centro F , un electrón libre que ocupa una vacante aniónica. [55] Cuando el compuesto tiene tres o más componentes iónicos, son posibles incluso más tipos de defectos. [53] Todos estos defectos puntuales se pueden generar a través de vibraciones térmicas y tienen un equilibrioconcentración. Debido a que son energéticamente costosos pero entrópicamente beneficiosos, ocurren en mayor concentración a temperaturas más altas. Una vez generados, estos pares de defectos pueden difundirse en su mayor parte de forma independiente entre sí, saltando entre sitios de celosía. Este defecto de movilidad es la fuente de la mayoría de los fenómenos de transporte dentro de un cristal iónico, incluida la difusión y la conductividad iónica en estado sólido . [53] Cuando las vacantes chocan con los intersticiales (Frenkel), pueden recombinarse y aniquilarse entre sí. Del mismo modo, las vacantes se eliminan cuando llegan a la superficie del cristal (Schottky). Los defectos en la estructura cristalina generalmente expanden los parámetros de la red , reduciendo la densidad general del cristal. [53]Los defectos también dan como resultado iones en entornos locales claramente diferentes, lo que hace que experimenten una simetría de campo cristalino diferente , especialmente en el caso de diferentes cationes que intercambian sitios de celosía. [53] Esto da como resultado una división diferente de los orbitales del electrón d , de modo que la absorción óptica (y por lo tanto el color) puede cambiar con la concentración del defecto. [53]

Propiedades [ editar ]

Acidez / basicidad [ editar ]

Los compuestos iónicos que contienen iones de hidrógeno (H + ) se clasifican como ácidos , y los que contienen cationes electropositivos [56] y aniones básicos, iones hidróxido (OH - ) u óxido (O 2− ) se clasifican como bases. Otros compuestos iónicos se conocen como sales y pueden formarse mediante reacciones ácido-base . [57] Si el compuesto es el resultado de una reacción entre un ácido fuerte y una base débil , el resultado es una sal ácida . Si es el resultado de una reacción entre ununa base fuerte y un ácido débil , el resultado es una sal básica . Si es el resultado de una reacción entre un ácido fuerte y una base fuerte, el resultado es una sal neutra. Los ácidos débiles que reaccionan con bases débiles pueden producir compuestos iónicos tanto con el ion base conjugado como con el ion ácido conjugado, como el acetato de amonio .

Algunos iones se clasifican como anfóteros , pudiendo reaccionar con un ácido o una base. [58] Esto también se aplica a algunos compuestos con carácter iónico, normalmente óxidos o hidróxidos de metales menos electropositivos (por lo que el compuesto también tiene un carácter covalente significativo), como el óxido de zinc , el hidróxido de aluminio , el óxido de aluminio y el óxido de plomo (II). . [59]

Puntos de fusión y ebullición [ editar ]

Las fuerzas electrostáticas entre partículas son más fuertes cuando las cargas son altas y la distancia entre los núcleos de los iones es pequeña. En tales casos, los compuestos generalmente tienen puntos de fusión y ebullición muy altos y una presión de vapor baja . [60] Las tendencias en los puntos de fusión se pueden explicar incluso mejor cuando se tienen en cuenta la estructura y la relación de tamaño iónico. [61] Por encima de su punto de fusión, los sólidos iónicos se funden y se convierten en sales fundidas (aunque algunos compuestos iónicos como el cloruro de aluminio y el cloruro de hierro (III) muestran estructuras similares a moléculas en la fase líquida). [62] Compuestos inorgánicoscon iones simples suelen tener iones pequeños y, por tanto, tienen altos puntos de fusión, por lo que los sólidos a temperatura ambiente. Algunas sustancias con iones más grandes, sin embargo, tienen un punto de fusión por debajo o cerca de la temperatura ambiente (a menudo definida como hasta 100 ° C) y se denominan líquidos iónicos . [63] Los iones en los líquidos iónicos a menudo tienen distribuciones de carga desiguales, o sustituyentes voluminosos como las cadenas de hidrocarburos, que también juegan un papel en la determinación de la fuerza de las interacciones y la propensión a fundirse. [64]

Incluso cuando la estructura local y la unión de un sólido iónico se rompen lo suficiente como para fundirlo, todavía existen fuertes fuerzas electrostáticas de atracción de largo alcance que mantienen unido el líquido y evitan que los iones hiervan para formar una fase gaseosa. [65] Esto significa que incluso los líquidos iónicos a temperatura ambiente tienen bajas presiones de vapor y requieren temperaturas sustancialmente más altas para hervir. [65] Los puntos de ebullición exhiben tendencias similares a los puntos de fusión en términos del tamaño de los iones y la fuerza de otras interacciones. [65] Cuando se vaporiza, los iones todavía no se liberan entre sí. Por ejemplo, en la fase de vapor, el cloruro de sodio existe como "moléculas" diatómicas. [66]

Fragilidad [ editar ]

La mayoría de los compuestos iónicos son muy frágiles . Una vez que alcanzan el límite de su fuerza, no pueden deformarse maleablemente , porque se debe mantener la alineación estricta de los iones positivos y negativos. En cambio, el material sufre una fractura a través de la escisión . [67] A medida que la temperatura se eleva (generalmente cerca del punto de fusión) se produce una transición dúctil-frágil y el flujo plástico se vuelve posible por el movimiento de las dislocaciones . [67] [68]

Compresibilidad [ editar ]

La compresibilidad de un compuesto iónico está fuertemente determinada por su estructura y, en particular, por el número de coordinación . Por ejemplo, los haluros con la estructura de cloruro de cesio (número de coordinación 8) son menos compresibles que los que tienen la estructura de cloruro de sodio (número de coordinación 6), y menos que aquellos con un número de coordinación de 4. [69]

Solubilidad [ editar ]

Cuando los compuestos iónicos se disuelven , los iones individuales se disocian y son solvatados por el solvente y dispersos por toda la solución resultante. [70] Debido a que los iones se liberan en solución cuando se disuelven y pueden conducir la carga, los compuestos iónicos solubles son la clase más común de electrolitos fuertes y sus soluciones tienen una alta conductividad eléctrica . [71]

La solubilidad acuosa de una variedad de compuestos iónicos en función de la temperatura. Se han incluido algunos compuestos que presentan un comportamiento de solubilidad inusual.

La solubilidad es más elevada en disolventes polares (tales como agua ) o líquidos iónicos , pero tiende a ser baja en disolventes no polares (tales como gasolina / gasolina ). [72] Esto se debe principalmente a que las interacciones ion-dipolo resultantes son significativamente más fuertes que las interacciones dipolo inducidas por iones, por lo que el calor de la solución es mayor. Cuando los iones con carga opuesta en la red iónica sólida están rodeados por el polo opuesto de una molécula polar, los iones sólidos se extraen de la red y entran en el líquido. Si la energía de solvatación excede laenergía reticular , el cambio de entalpía neta negativa de la solución proporciona un impulso termodinámico para eliminar los iones de sus posiciones en el cristal y disolverse en el líquido. Además, el cambio de entropía de la solución suele ser positivo para la mayoría de los solutos sólidos como los compuestos iónicos, lo que significa que su solubilidad aumenta cuando aumenta la temperatura. [73] Hay algunos compuestos iónicos inusuales como el sulfato de cerio (III) , donde este cambio de entropía es negativo, debido al orden extra inducido en el agua tras la solución, y la solubilidad disminuye con la temperatura. [73]

Conductividad eléctrica [ editar ]

Aunque los compuestos iónicos contienen átomos o grupos cargados, estos materiales normalmente no conducen electricidad en un grado significativo cuando la sustancia es sólida. Para conducir, las partículas cargadas deben ser móviles en lugar de estacionarias en una red cristalina . Esto se logra hasta cierto punto a altas temperaturas cuando la concentración del defecto aumenta la movilidad iónica y se observa la conductividad iónica en estado sólido . Cuando los compuestos iónicos se disuelven en un líquido o se funden en un líquido , pueden conducir electricidad porque los iones se vuelven completamente móviles. [74]Esta ganancia de conductividad al disolverse o fundirse se usa a veces como una característica definitoria de los compuestos iónicos. [75]

En algunos compuestos iónicos inusuales: conductores de iones rápidos y vidrios iónicos, [52] uno o más de los componentes iónicos tiene una movilidad significativa, lo que permite la conductividad incluso cuando el material en su conjunto permanece sólido. [76] Esto a menudo depende en gran medida de la temperatura y puede ser el resultado de un cambio de fase o una alta concentración de defectos. [76] Estos materiales se utilizan en todos los supercondensadores de estado sólido , baterías y pilas de combustible , y en varios tipos de sensores químicos . [77] [78]

Color [ editar ]

Anhidro cloruro de cobalto (II) ,
CoCl 2
Cloruro de cobalto (II) hexahidrato,
CoCl 2 · 6H 2 O
Ver también: Color de los productos químicos.

El color de un compuesto iónico es a menudo diferente al color de una solución acuosa que contiene los iones constituyentes, [79] o la forma hidratada del mismo compuesto. [14]

Los aniones en compuestos con enlaces con el carácter más iónico tienden a ser incoloros (con una banda de absorción en la parte ultravioleta del espectro). [80] En compuestos con menos carácter iónico, su color se intensifica a través de amarillo, naranja, rojo y negro (a medida que la banda de absorción cambia a longitudes de onda más largas en el espectro visible). [80]

La banda de absorción de los cationes simples se desplaza hacia una longitud de onda más corta cuando participan en interacciones más covalentes. [80] Esto ocurre durante la hidratación de los iones metálicos, por lo que los compuestos iónicos anhidros incoloros con un anión que se absorbe en el infrarrojo pueden volverse coloridos en solución. [80]

Usos [ editar ]

Los compuestos iónicos han tenido durante mucho tiempo una amplia variedad de usos y aplicaciones. Muchos minerales son iónicos. [81] Los seres humanos han procesado sal común (cloruro de sodio) durante más de 8000 años, usándola primero como condimento y conservante de alimentos, y ahora también en la manufactura, agricultura, acondicionamiento de agua, para descongelar carreteras y muchos otros usos. [82] Muchos compuestos iónicos se utilizan tan ampliamente en la sociedad que reciben nombres comunes que no guardan relación con su identidad química. Ejemplos de esto incluyen bórax , calomelanos , leche de magnesia , ácido muriático , aceite de vitriolo , salitre y cal apagada.. [83]

Los compuestos iónicos solubles como la sal se pueden disolver fácilmente para proporcionar soluciones de electrolitos . Esta es una forma sencilla de controlar la concentración y la fuerza iónica . La concentración de solutos afecta muchas propiedades coligativas , incluido el aumento de la presión osmótica y la depresión del punto de congelación y la elevación del punto de ebullición . [84] Debido a que los solutos son iones cargados, también aumentan la conductividad eléctrica de la solución. [85] El aumento de la fuerza iónica reduce el grosor de la doble capa eléctrica alrededor de coloidalpartículas, y por tanto la estabilidad de emulsiones y suspensiones . [86]

La identidad química de los iones añadidos también es importante en muchos usos. Por ejemplo, los compuestos que contienen fluoruro se disuelven para suministrar iones de fluoruro para la fluoración del agua . [87]

Los compuestos iónicos sólidos se han utilizado durante mucho tiempo como pigmentos de pintura y son resistentes a los disolventes orgánicos, pero son sensibles a la acidez o basicidad. [88] Desde 1801, los pirotécnicos han descrito y utilizado ampliamente compuestos iónicos que contienen metales como fuentes de color en los fuegos artificiales. [89] Bajo un calor intenso, los electrones de los iones metálicos o de las moléculas pequeñas pueden excitarse. [90] Estos electrones luego regresan a estados de menor energía y liberan luz con un espectro de color característico de las especies presentes. [91] [92]

En química, los compuestos iónicos se utilizan a menudo como precursores para la síntesis de estado sólido a alta temperatura. [93]

Muchos metales son geológicamente más abundantes como compuestos iónicos dentro de los minerales . [94] Para obtener los materiales elementales , estos minerales se procesan mediante fundición o electrólisis , en las que se producen reacciones redox (a menudo con un agente reductor como el carbono) de modo que los iones metálicos ganan electrones para convertirse en átomos neutros. [95] [96]

Nomenclatura [ editar ]

Ver también: nomenclatura IUPAC de química inorgánica

De acuerdo con la nomenclatura recomendada por la IUPAC , los compuestos iónicos se nombran según su composición, no su estructura. [97] En el caso más simple de un compuesto iónico binario sin ambigüedad posible acerca de las cargas y por lo tanto la estequiometría , el nombre común se escribe usando dos palabras. [98] El nombre del catión (el nombre del elemento no modificado para los cationes monoatómicos) aparece primero, seguido del nombre del anión. [99] [100] Por ejemplo, el MgCl 2 se denomina cloruro de magnesio y el Na 2 SO 4 se denomina sulfato de sodio ( SO2−
4, sulfato , es un ejemplo de ión poliatómico ). Para obtener la fórmula empírica de estos nombres, la estequiometría se puede deducir de las cargas de los iones y el requisito de neutralidad de carga general. [101]

Si hay varios cationes y / o aniones diferentes, a menudo se requieren prefijos multiplicativos ( di- , tri- , tetra- , ...) para indicar las composiciones relativas, [102] y los cationes, entonces los aniones se enumeran en orden alfabético. [103] Por ejemplo, KMgCl 3 se denomina tricloruro de magnesio y potasio para distinguirlo del K 2 MgCl 4 , tetracloruro de magnesio dipotásico [104] (tenga en cuenta que tanto en la fórmula empírica como en el nombre escrito, los cationes aparecen en orden alfabético, pero el el orden varía entre ellos porque el símbolo del potasioes K). [105] Cuando uno de los iones ya tiene un prefijo multiplicativo dentro de su nombre, se utilizan los prefijos multiplicativos alternativos ( bis- , tris- , tetrakis- , ...). [106] Por ejemplo, Ba (BrF 4 ) 2 se denomina bis (tetrafluoridobromato) de bario . [107]

Los compuestos que contienen uno o más elementos que pueden existir en una variedad de estados de carga / oxidación tendrán una estequiometría que depende de qué estados de oxidación estén presentes, para asegurar la neutralidad general. Esto se puede indicar en el nombre especificando el estado de oxidación de los elementos presentes o la carga de los iones. [107] Debido al riesgo de ambigüedad en la asignación de los estados de oxidación, la IUPAC prefiere la indicación directa de los números de carga iónica. [107] Estos se escriben como un número entero árabe seguido del signo (..., 2−, 1−, 1+, 2+, ...) entre paréntesis directamente después del nombre del catión (sin un espacio que los separe ). [107] Por ejemplo, FeSO 4 se denominasulfato de hierro (2+) (con la carga 2+ en los iones Fe 2+ equilibrando la carga 2− en el ion sulfato), mientras que Fe 2 (SO 4 ) 3 se denomina sulfato de hierro (3+) (porque los dos los iones en cada unidad de fórmula tienen cada uno una carga de 3+, para equilibrar el 2− en cada uno de los tres iones sulfato). [107] La nomenclatura común, todavía de uso común, escribe el número de oxidación en números romanos (..., −II, −I, 0, I, II, ...). Por tanto, los ejemplos dados anteriormente se denominarían sulfato de hierro (II) y sulfato de hierro (III), respectivamente. [108]Para los iones simples, la carga iónica y el número de oxidación son idénticos, pero para los iones poliatómicos a menudo difieren. Por ejemplo, el ion uranilo (2+) , UO2+
2, tiene uranio en un estado de oxidación de +6, por lo que se llamaría ion dioxouranio (VI) en la nomenclatura Stock. [109] Un sistema de nombres aún más antigua para cationes metálicos, también siendo ampliamente utilizado, anexa los sufijos -ous y -ic a la América raíz del nombre, para dar nombres especiales para los estados de baja y alta de oxidación. [110] Por ejemplo, este esquema utiliza "ferroso" y "férrico", para hierro (II) y hierro (III) respectivamente, [110] por lo que los ejemplos dados anteriormente se denominaron clásicamente sulfato ferroso y sulfato férrico . [ cita requerida ]

Ver también [ editar ]

  • Unión en sólidos
  • Ioliomics
  • Enlace iónico
  • Reacción de metátesis de sal

Notas [ editar ]

  1. ^ Este tipo de estructura tiene un parámetro de celosía variable c / a ratio, y la constante de Madelung exacta depende de esto.
  2. ^ En las referencias se hace referencia a esta estructura como cloruro de itrio (III) y cloruro de cromo (III) , pero ambos se conocen ahora como el tipo de estructuraRhBr 3 .
  3. ^ La referencia enumera esta estructura como MoCl 3 , que ahora se conoce comoestructuraRhBr 3 .
  4. ^ La referencia enumera esta estructura como FeCl 3 , que ahora se conoce como el tipo de estructuraBiI 3 .
  5. ^ Este tipo de estructura puede acomodar cualquier cargo en A y B que sume seis. Cuando ambos son tres, la estructura de carga es equivalente a la del corrundum. [45] La estructura también tiene un parámetro de celosía variable c / a ratio, y la constante de Madelung exacta depende de esto.
  6. ^ Sin embargo, en algunos casos, como MgAl 2 O 4, el catión más grande ocupa el sitio tetraédrico más pequeño. [46]

Referencias [ editar ]

  1. ^ Michael Faraday (1791-1867) . Reino Unido: BBC. Archivado desde el original el 25 de agosto de 2016.
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