El enlace iónico
Lo que vas a aprender
- Explicar la formación de un compuesto iónico como el paso de electrones de un metal a un no metal, usando la electronegatividad.
- Calcular la carga de un ion como protones menos electrones y escribir la ecuación de su formación con los electrones.
- Comprobar que un compuesto iónico es neutro sumando las cargas de sus iones y contando los átomos de su fórmula.
- Representar con estructuras de Lewis la transferencia de electrones en NaCl, MgO y CaCl₂.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
El sodio es un metal tan blando que se corta con un cuchillo y que reacciona con violencia si toca el agua. El cloro es un gas venenoso de color amarillo verdoso. Ninguno de los dos se puede tener en la cocina. Y, sin embargo, unidos forman la sal con la que se condimenta la comida.
¿Cómo pueden dos sustancias peligrosas formar una tan común? Al unirse, los átomos de sodio y de cloro dejan de ser átomos neutros: se convierten en iones, y los iones tienen propiedades muy distintas a las de los átomos de los que vienen. En esta lección vas a ver cómo pasa el electrón de un átomo al otro, qué carga queda en cada uno y por qué la sal es un sólido duro y ordenado.
Antes de empezar recuerda de la lección anterior cómo se cuentan los electrones de valencia y que los metales de los grupos 1 y 2 ceden electrones, mientras que los no metales de los grupos 16 y 17 los reciben.
Explicación
Un átomo cede, el otro recibe
Cuando un átomo de sodio se encuentra con uno de cloro, el electrón de valencia del sodio pasa al cloro. El sodio queda con su segundo nivel lleno, y el cloro completa su tercer nivel con ocho. Esos dos cambios se escriben con ecuaciones en las que el electrón aparece como e⁻:
- el sodio cede un electrón: Na → Na⁺ + e⁻
- el cloro recibe ese electrón: Cl + e⁻ → Cl⁻
Fíjate en que las dos ecuaciones están balanceadas también en la carga: a la izquierda de la primera la carga es cero, y a la derecha, la del Na⁺ y la del e⁻ suman cero.
La carga de un ion
Lo único que cambia al formarse un ion es el número de electrones. Los protones del núcleo siguen siendo los mismos, así que el sodio sigue siendo sodio. La carga de un ion se calcula así:
$$\text{carga} = \text{protones} - \text{electrones}$$
Si sobran protones, la carga es positiva y el ion es un catión: el sodio queda como Na⁺. Si sobran electrones, la carga es negativa y el ion es un anión: el cloro queda como Cl⁻. Con la misma cuenta, los elementos del grupo 2 forman cationes con carga 2+, como Mg²⁺, y los del grupo 16 forman aniones con carga 2−, como O²⁻.
El sodio, con un punto, le pasa su electrón (en azul) al cloro, que tiene siete. Quedan el ion Na⁺, sin puntos, y el ion Cl⁻, con ocho puntos entre corchetes.
¿Quién se queda con los electrones? La electronegatividad
La electronegatividad mide la fuerza con que un átomo atrae los electrones cuando está unido a otro. Los no metales de los grupos 16 y 17, como el oxígeno y el cloro, la tienen alta. Los metales de los grupos 1 y 2, como el sodio y el magnesio, la tienen baja.
Cuando se juntan dos átomos y uno atrae los electrones mucho más que el otro, el electrón no se reparte: pasa por completo al que atrae más. Esa gran diferencia es la señal del enlace iónico. En esta unidad, la señal práctica de esa gran diferencia es que se junte un metal de los grupos 1 o 2 con un no metal de los grupos 16 o 17. Si los dos atraen parecido, como pasa entre dos no metales, ninguno se queda con los electrones del otro y terminan compartiéndolos: eso lo verás en la próxima lección.
Un detalle importante: arrancarle el electrón al sodio cuesta energía. Lo que hace que el conjunto termine con menos energía, y por eso más estable, es la fuerte atracción entre los iones de carga contraria que se forman.
Los iones se atraen: el enlace iónico
Las cargas eléctricas de signo contrario se atraen, como el cabello y un globo frotado. El Na⁺ y el Cl⁻ quedan pegados por esa atracción. A esa atracción entre iones de carga contraria se le llama enlace iónico.
Pero en un grano de sal no hay parejas sueltas de sodio y cloro. Hay muchísimos iones ordenados en una red cristalina: cada Na⁺ está rodeado de iones Cl⁻, cada Cl⁻ está rodeado de iones Na⁺, y ese patrón se repite en todas las direcciones. Por eso, con una lupa, los granos de sal se ven como cubitos.
Como no hay moléculas, no se habla de «una molécula de NaCl». La fórmula NaCl dice la proporción de los iones en la red: uno de sodio por cada uno de cloro.
Una capa de la red de la sal: cada ion Na⁺ está rodeado de iones Cl⁻ y cada Cl⁻ de iones Na⁺. No hay parejas separadas.
La fórmula de un compuesto iónico es neutra
Un compuesto iónico no tiene carga: las cargas positivas y negativas se compensan. La fórmula se arma para que la suma de las cargas dé cero.
- Sal de cocina, NaCl. El Na⁺ tiene una carga positiva y el Cl⁻ una negativa: uno de cada uno. Lo mismo pasa con el cloruro de potasio, KCl: el potasio, del grupo 1, cede un electrón como el sodio.
- Óxido de magnesio, MgO. El magnesio cede dos electrones y el oxígeno recibe dos: Mg²⁺ y O²⁻, uno de cada uno.
- Cloruro de calcio, CaCl₂. El calcio cede dos electrones, pero cada cloro recibe uno solo. Hacen falta dos cloros por cada calcio, y por eso la fórmula lleva el 2.
Lo que decide la fórmula no es una receta para memorizar: son los electrones que cede uno y los que recibe el otro.
Ejemplo resuelto
La sal de cocina, NaCl
El sodio tiene Z = 11 y el cloro, Z = 17. Explica cómo se forman los iones de la sal y comprueba que la fórmula NaCl es neutra.
Ver la solución paso a paso
Los números atómicos son los de la tabla periódica:
$$Z(\mathrm{Na}) = 11$$
$$Z(\mathrm{Cl}) = 17$$
El sodio tiene 1 electrón de valencia y lo cede. La ecuación queda balanceada en átomos y en carga:
$$\mathrm{Na \rightarrow Na⁺ + e⁻}$$
Le quedan 10 electrones. Su carga es protones menos electrones:
$$11 - 10 = 1$$
El cloro tiene 7 electrones de valencia y recibe el electrón que cedió el sodio:
$$\mathrm{Cl + e⁻ \rightarrow Cl⁻}$$
Queda con 18 electrones. Su carga:
$$17 - 18 = -1$$
Uno de cada uno: la suma de las cargas es cero.
$$1 + \left(-1\right) = 0$$
Y la fórmula tiene un átomo de cada elemento:
$$\text{átomos de Na en }\mathrm{NaCl} = \text{átomos de Cl en }\mathrm{NaCl}$$
Respuesta: Se forman Na⁺ (carga +1) y Cl⁻ (carga −1); uno de cada uno suman 0, y la fórmula es NaCl.
Ejemplo resuelto
El óxido de magnesio, MgO
El magnesio tiene Z = 12 y el oxígeno, Z = 8. ¿Qué iones forman y por qué la fórmula es MgO?
Ver la solución paso a paso
Los números atómicos:
$$Z(\mathrm{Mg}) = 12$$
$$Z(\mathrm{O}) = 8$$
El magnesio tiene 2 electrones de valencia:
$$Z(\mathrm{Mg}) - 2 - 8 = 2$$
Los cede los dos:
$$\mathrm{Mg \rightarrow Mg²⁺ + 2e⁻}$$
Le quedan 10 electrones, así que su carga es:
$$12 - 10 = 2$$
Al oxígeno le faltan 2 para ocho:
$$8 - \left(Z(\mathrm{O}) - 2\right) = 2$$
Recibe los dos electrones del magnesio:
$$\mathrm{O + 2e⁻ \rightarrow O²⁻}$$
Queda con 10 electrones y su carga es:
$$8 - 10 = -2$$
Un Mg²⁺ y un O²⁻ suman cero, así que van uno a uno:
$$2 + \left(-2\right) = 0$$
Respuesta: Se forman Mg²⁺ (carga +2) y O²⁻ (carga −2); como 2 + (−2) = 0, van uno a uno: MgO.
Ejemplo resuelto
El cloruro de calcio, CaCl₂
El calcio tiene Z = 20 y el cloro, Z = 17. ¿Cuántos cloros hacen falta por cada calcio?
Ver la solución paso a paso
Los números atómicos:
$$Z(\mathrm{Ca}) = 20$$
$$Z(\mathrm{Cl}) = 17$$
El calcio tiene 2 electrones de valencia, en el cuarto nivel:
$$Z(\mathrm{Ca}) - 2 - 8 - 8 = 2$$
Los cede los dos y queda como Ca²⁺:
$$\mathrm{Ca \rightarrow Ca²⁺ + 2e⁻}$$
Pero cada cloro recibe un solo electrón, porque le falta uno para ocho:
$$8 - \left(Z(\mathrm{Cl}) - 2 - 8\right) = 1$$
Para recibir los dos electrones del calcio hacen falta dos cloros:
$$\mathrm{2Cl + 2e⁻ \rightarrow 2Cl⁻}$$
Las cargas de un Ca²⁺ y dos Cl⁻ suman cero:
$$2 + 2 \cdot \left(-1\right) = 0$$
Por eso la fórmula lleva dos átomos de cloro:
$$\text{átomos de Cl en }\mathrm{CaCl_{2}} = 2$$
Respuesta: Hacen falta 2 cloros por cada calcio: Ca²⁺ y dos Cl⁻ suman 0, y la fórmula es CaCl₂.
Práctica
El potasio tiene Z = 19 y forma el ion K⁺. ¿Cuántos electrones tiene ese ion?
El potasio, del grupo 1, cede su único electrón de valencia: 19 − 1 = 18. Los protones siguen siendo 19, y por eso la carga es +1.
El azufre tiene Z = 16. Recibe los electrones que le faltan para tener ocho en su último nivel. ¿Qué carga tiene el ion que forma? Escribe el número con su signo.
16 = 2 + 8 + 6: le faltan 2. Recibe 2 y queda con 18 electrones y 16 protones: 16 − 18 = −2. Es el ion S²⁻.
El calcio tiene Z = 20. ¿Cuántos electrones tiene el ion Ca²⁺?
El Ca²⁺ cedió sus 2 electrones de valencia: 20 − 2 = 18. Con 20 protones y 18 electrones, la carga es +2.
La formación del ion magnesio se escribe $\mathrm{Mg \rightarrow Mg²⁺ + 2e⁻}$. ¿Cuántos electrones cede cada átomo de magnesio?
El coeficiente de e⁻ dice cuántos electrones salen: 2, los de valencia. 12 es el número atómico y 10, los electrones que le quedan.
¿Verdadero o falso? La ecuación $\mathrm{Cl \rightarrow Cl⁻ + e⁻}$ describe bien la formación del ion cloruro: tiene los mismos átomos y la misma carga a los dos lados.
Los átomos cuadran, pero la carga no: a la izquierda es 0 y a la derecha suman −2. El cloro no cede un electrón, lo recibe: Cl + e⁻ → Cl⁻.
¿Verdadero o falso? En el óxido de magnesio, con iones Mg²⁺ y O²⁻ uno a uno, la suma de las cargas es cero.
+2 y −2 suman 0: el compuesto es neutro con un ion de cada uno, y por eso la fórmula es MgO.
¿Verdadero o falso? Un compuesto con un ion Ca²⁺ por cada ion Cl⁻ sería neutro.
+2 y −1 suman +1: sobraría una carga positiva. Hace falta un segundo Cl⁻, y por eso la fórmula es CaCl₂.
¿Cuántos iones hay en total por cada unidad de la fórmula CaCl₂?
Un ion Ca²⁺ y dos iones Cl⁻: 1 + 2 = 3. En el cristal hay muchísimos, siempre en esa proporción.
El oxígeno tiene Z = 8 y recibe los electrones que le faltan para tener ocho en su último nivel. Cada átomo de sodio cede 1. ¿Cuántos átomos de sodio hacen falta por cada oxígeno?
Al oxígeno le faltan 8 − 6 = 2 electrones, y cada sodio da uno: hacen falta dos sodios. Así se forma el óxido de sodio, Na₂O: 2·(+1) + (−2) = 0.
¿Por qué no se habla de «una molécula de NaCl»?
Cada Na⁺ está rodeado de varios Cl⁻ y cada Cl⁻ de varios Na⁺; no hay un compañero fijo. La sal es un compuesto con propiedades nuevas, y los iones conservan electrones: el Cl⁻ tiene 18.
¿En cuál de estas parejas de átomos esperas un enlace iónico?
El potasio es un metal de electronegatividad baja y el flúor un no metal de electronegatividad muy alta: el electrón pasa por completo. En las otras parejas son dos no metales, con una diferencia pequeña o nula, y comparten electrones.
Reto
¿La fórmula es neutra?
Cada tarjeta suma las cargas de los iones de una fórmula, por ejemplo 2 + 2·(−1) para un Ca²⁺ y dos Cl⁻. Lleva cada suma a su canasta.
Reto
Completa la historia del cloruro de calcio.
El calcio está en el grupo 2 y el cloro en el grupo 17. Piensa en cuántos electrones cede uno y cuántos recibe el otro.
Cierre
En resumen
En el enlace iónico un metal cede electrones a un no metal: Na → Na⁺ + e⁻ y Cl + e⁻ → Cl⁻.
La carga de un ion es protones menos electrones; los protones no cambian, así que el elemento sigue siendo el mismo.
El enlace iónico aparece cuando un átomo atrae los electrones mucho más que el otro, es decir, cuando la diferencia de electronegatividad es grande.
Los iones de carga contraria se atraen y forman una red cristalina; no hay moléculas de NaCl, y la fórmula dice la proporción de los iones.
Un compuesto iónico es neutro; por eso el CaCl₂ lleva dos Cl⁻ por cada Ca²⁺.
Vocabulario
- Ion
Átomo que ha cedido o recibido electrones y por eso tiene carga eléctrica.
- Catión
Ion con carga positiva: tiene más protones que electrones.
- Anión
Ion con carga negativa: tiene más electrones que protones.
- Electronegatividad
Fuerza con que un átomo atrae los electrones cuando está unido a otro átomo.
- Enlace iónico
Atracción eléctrica entre iones de carga contraria, que se forman cuando un metal cede electrones a un no metal.
- Red cristalina
Ordenamiento de muchísimos iones, positivos y negativos alternados, que se repite en todas las direcciones.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Cuente cómo son el sodio y el cloro por separado (sin mostrarlos) y pregunte cómo pueden formar la sal de la mesa. Si hay una lupa, deje que miren granos de sal.
- Explicación · 20 min — Dibuje la transferencia del sodio al cloro con estructuras de Lewis y escriba las dos ecuaciones con e⁻. Resuelva el MgO y el CaCl₂ en el tablero, siempre con la columna de protones y la de electrones.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas. Las canastas se pueden proyectar: pida que digan qué fórmula representa cada suma.
- Cierre · 5 min — Pida que cada estudiante explique por qué la fórmula del cloruro de calcio lleva un 2 y la de la sal no.
Preguntas para el salón
- Si arrancarle el electrón al sodio cuesta energía, ¿por qué se forma la sal de todos modos?
- ¿Qué fórmula esperan para el compuesto de potasio y azufre? Justifíquenla con los electrones que cede y recibe cada uno.
- Si el ion Na⁺ perdió un electrón, ¿sigue siendo sodio? ¿Qué tendría que pasar para que dejara de serlo?
Errores típicos
- Creer que el catión ganó protones o que el anión perdió protones. Escriba para el átomo y para el ion dos columnas, protones y electrones, y muestre que solo cambia la de electrones.
- Dar la carga con el signo al revés (Cl⁺ porque «ganó» algo). Pida calcular siempre protones menos electrones: si hay más electrones, el resultado es negativo.
- Hablar de «moléculas de sal» o dibujar el NaCl como una pareja aislada. Muestre la figura de la red y pregunte quién es «el compañero» de un Na⁺ del centro: tiene varios.
- Decir que los átomos «quieren» completar el octeto. Pida reformular con energía: los iones en la red tienen menos energía que los átomos separados.
Tarea sugerida
Para el bromuro de potasio (KBr) y el sulfuro de calcio (CaS), escribir las ecuaciones de formación de cada ion con e⁻, calcular las cargas, comprobar que la suma da cero y dibujar la transferencia con estructuras de Lewis. Dato: el bromo está en el grupo 17, como el cloro.