El Enlace Químico. Teoría del Campo de Cristal I.

Summary

El guion ofrece una explicación detallada del modelo de enlace iónico y su aplicación en compuestos típicamente iónicos como el cloruro sódico. Se discute cómo la atracción electrostática entre iones y las repulciones electrónicas afectan la energía del sistema. La teoría del campo cristalino, desarrollada por Bethe en 1929, se utiliza para entender la estabilización energética y la ocupación de orbitales en complejos de transición. La correlación entre la teoría y los valores experimentales de energía reticular es destacada, así como la importancia de la geometría y la deformación del poliedro de coordinación en la estabilidad de los compuestos de coordinación.

Takeaways

• 🧲 El modelo de enlace iónico explica satisfactoriamente muchas propiedades de compuestos iónicos, especialmente las relacionadas con la energía de enlace.
• 🔍 Al observar un cristal perfecto de cloruro sódico, los iones positivos y negativos forman una red con una regularidad definida, rodeándose mutuamente en un octaedro regular.
• 📉 La formación de la red iónica desde iones aislados implica una disminución de energía del sistema y la liberación de energía, llamada energía reticular.
• ⚖️ La energía reticular se puede calcular usando la constante de Madelung, las cargas de los iones y la distancia interior, mostrando concordancia entre valores teóricos y experimentales.
• 🔄 Sin embargo, el modelo clásico del enlace iónico tiene limitaciones, especialmente con compuestos iónicos de elementos de transición, que no se ajustan bien a las predicciones del modelo.
• 🌐 La teoría del campo del cristal, desarrollada por Bethe en 1929, considera cómo las repulsión entre electrones dependen del orbital que ocupan, explicando diferencias en la energía de los orbitales en un entorno octaédrico.
• 📊 La deformación de los orbitales en un campo octaédrico lleva a la separación en niveles de energía, descritos como niveles t2g y eg, que son fundamentales para entender la estabilidad de los compuestos de transición.
• 🔑 La elección entre configuraciones de alto y bajo spin depende de la relación entre la energía de apareamiento y el desdoblamiento delta, lo que se refleja en la ocupación electrónica de los orbitales.
• 📚 La serie espectroquímica clasifica a los iones por la energía de estabilización que proporcionan, siendo el iodo menos y el carbón más efectivo en la estabilización del campo del cristal.
• 🧲 La carga del ión central afecta significativamente la energía de estabilización, con una duplicación de energía al pasar de un ión de +2 a uno de +3.
• 🧬 La espectroscopia electrónica ultravioleta-visible puede proporcionar información sobre las propiedades de los compuestos de coordinación, como la presencia de bandas de absorción asociadas con transiciones electrónicas.
• 🔍 La teoría del campo del cristal ha sido fundamental para entender la deformación de los poliedros de coordinación y sus efectos en las propiedades de los compuestos iónicos de metales de transición.

Q & A

¿Qué es el modelo de enlace iónico y cómo explica las propiedades de los compuestos típicamente iónicos?

El modelo de enlace iónico es una teoría que describe cómo los iones positivos y negativos se unen para formar compuestos iónicos. Expone de manera satisfactoria las propiedades de estos compuestos, especialmente en lo que respecta a la energía de enlace, a través de la atracción electrostática entre iones de signo opuesto.

¿Cómo se distribuyen los iones en un cristal de cloruro sódico perfecto?

En un cristal de cloruro sódico perfecto, los iones positivos y negativos están dispuestos formando una red en la que cada ión se rodea de 6 iones de signo contrario, dispuestos en las posiciones correspondientes a los vértices de un octaedro regular.

¿Qué cambios energéticos ocurren durante la formación de una estructura iónica elemental?

Durante la formación de una estructura iónica, un ión aislado tiene un contenido energético alto que disminuye cuando se rodea de iones de signo contrario debido a la atracción electrostática. Sin embargo, las repulsión entre electrones en los iones incrementa la energía del sistema, lo que resulta en una disminución neta de energía y la liberación de energía de enlace, conocida como energía reticular.

¿Cómo se calcula la energía reticular en el modelo clásico del enlace iónico?

La energía reticular se calcula a partir de la constante de Madelung, las cargas de los iones y la distancia interior. Este cálculo permite determinar la energía liberada al formar la red iónica a partir de iones aislados.

¿Por qué hay diferencias entre los valores calculados y experimentales de la energía reticular en algunos compuestos iónicos de transición?

Las diferencias se deben a que el modelo clásico del enlace iónico no explica completamente las interacciones en compuestos de elementos de transición, especialmente en monóxidos con estructura tipo cloruro de sodio, donde las energías reticulares calculadas no coinciden con los valores experimentales.

¿Qué es la teoría del campo del cristal y cómo se relaciona con el análisis de la energía de estabilización en compuestos iónicos?

La teoría del campo del cristal, desarrollada por Bethe en 1929 y aplicada a la química de la coordinación a partir de 1950, considera la manera en que las repulsión entre electrones y ligandos dependen del orbital que ocupan. Esta teoría ayuda a entender y justificar las diferencias en la energía de estabilización en compuestos iónicos de metales de transición.

¿Cómo se relaciona la presencia de electrones en diferentes orbitales con la energía de estabilización en un campo octaedral de coordinación?

La energía de estabilización varía según la posición relativa de los orbitales (d, p, etc.) con respecto a los ligandos en un campo octaedral. Los orbitales que están más alejados de los ligandos tienen una energía más elevada debido a la menor repulsión, mientras que los orbitales que se enfrentan a los ligandos experimentan mayor repulsión y, por lo tanto, una energía más alta.

¿Qué son las configuraciones de alto y bajo spin y cómo se determinan?

Las configuraciones de alto y bajo spin se refieren a las diferentes formas en que los electrones se distribuyen en los orbitales de un campo de cristal. La elección entre alta o baja spin se basa en la comparación entre la energía de apareamiento y el desdoblamiento delta (Δ). Si Δ es menor que la energía de apareamiento, se produce una configuración de bajo spin; si Δ es mayor, se produce una de alto spin.

¿Cómo se relaciona el momento magnético de un compuesto con el número de electrones de sap área 2 (S)?

El momento magnético de un compuesto está en primer lugar aproximadamente dependiente del número de electrones de sap área 2. Se utiliza la relación μ = g * √(S(S+1)), donde μ es el momento magnético y g es la constante de Landé.

¿Cómo se pueden obtener información experimental sobre la configuración de alto o bajo spin de un compuesto?

La información experimental sobre si una configuración es de alto o bajo spin se puede obtener a través de medidas magnéticas, como la espectroscopia electrónica ultravioleta-visible, que proporcionan información sobre las características del compuesto y su número de electrones de sap área 2.

¿Qué implica la deformación del poliedro de coordinación según la teoría del campo del cristal?

La deformación del poliedro de coordinación, como el octaedro, según la teoría del campo del cristal, implica que cuando un compuesto tiene una alta simetría y estados degenerados, los ligandos tienden a adoptar una geometría con menor simetría para disminuir la degeneración y, por lo tanto, disminuir la energía del sistema.