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Física y Química 3.º ESO · El enlace iónico y los compuestos iónicos

El enlace iónico: transferencia de electrones

Objetivo: Al terminar, sabrás explicar cómo se forma un enlace iónico entre un metal y un no metal, representar la transferencia de electrones con la distribución en capas (NaCl, MgO) y deducir la fórmula de un compuesto iónico sencillo a partir de las cargas de sus iones.

Explicación

¿Qué pasa cuando se unen un metal y un no metal?

Recuerda que los átomos tienden a conseguir 8 electrones en su última capa (regla del octeto), como los gases nobles, que son muy estables.

Los metales tienen pocos electrones en la última capa (1, 2 o 3). Les resulta más fácil perderlos y quedarse con la capa anterior completa: forman cationes (iones positivos).
Los no metales tienen muchos electrones en la última capa (5, 6 o 7). Les resulta más fácil ganar los que les faltan para llegar a 8: forman aniones (iones negativos).

Cuando un metal y un no metal se encuentran, el metal cede electrones y el no metal los acepta: hay una transferencia de electrones.

Enlace iónico: unión entre iones de carga opuesta (cationes y aniones) que se atraen por fuerzas eléctricas. Se da entre un metal y un no metal.

Ejemplo: el cloruro de sodio (la sal común)

Átomo	Capas	Qué hace	Ion	Capas del ion
Na ( $Z = 11$ )	2, 8, 1	pierde 1 electrón	$\text{Na}^{+}$	2, 8 (como el neón)
Cl ( $Z = 17$ )	2, 8, 7	gana 1 electrón	$\text{Cl}^{-}$	2, 8, 8 (como el argón)

$\text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + \text{e}^{-} \qquad \text{Cl} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Cl}^{-}$

Con símbolos de Lewis: el punto del sodio pasa al cloro, que se queda con 8 electrones alrededor: $\text{Na}^{+}\,[{:}\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}{:}]^{-}$ .

Cuántos electrones da o recibe cada átomo

Depende de su grupo en la tabla periódica:

Grupo	1	2	13	15	16	17
Electrones en la última capa	1	2	3	5	6	7
Ion que forma	$+1$	$+2$	$+3$	$-3$	$-2$	$-1$
Ejemplos	$\text{Na}^{+}$ , $\text{K}^{+}$	$\text{Mg}^{2+}$ , $\text{Ca}^{2+}$	$\text{Al}^{3+}$	$\text{N}^{3-}$	$\text{O}^{2-}$ , $\text{S}^{2-}$	$\text{F}^{-}$ , $\text{Cl}^{-}$

Los compuestos iónicos forman cristales, no moléculas

Los iones no se unen de dos en dos: cada catión se rodea de muchos aniones y cada anión de muchos cationes. Se forma una red cristalina (o cristal iónico) con millones de iones ordenados. Por eso los compuestos iónicos son sólidos cristalinos: los cubitos de la sal se ven con una lupa.

La fórmula de un compuesto iónico indica la proporción de iones, no una molécula:

$\text{NaCl}$ : un $\text{Na}^{+}$ por cada $\text{Cl}^{-}$ .
$\text{MgCl}_2$ : un $\text{Mg}^{2+}$ por cada dos $\text{Cl}^{-}$ .

Cómo escribir la fórmula de un compuesto iónico

El cristal en conjunto es neutro: los electrones que pierde el metal son los mismos que gana el no metal. Por tanto, las cargas positivas y negativas tienen que sumar cero.

Escribe los dos iones con su carga (según el grupo).
Busca cuántos de cada uno hacen falta para que la carga total sea cero.
Escribe primero el metal y después el no metal, con esos números como subíndices (el 1 no se escribe).

Ejemplo: magnesio y cloro. $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{Cl}^{-}$ → hacen falta dos $\text{Cl}^{-}$ por cada $\text{Mg}^{2+}$ : $(+2) + 2\cdot(-1) = 0$ → $\text{MgCl}_2$ (cloruro de magnesio).

Puntos clave

El enlace iónico se da entre un metal y un no metal.
El metal pierde electrones (catión) y el no metal los gana (anión): hay transferencia de electrones.
Los iones formados suelen tener 8 electrones en la última capa, como un gas noble.
Los iones de carga opuesta se atraen y forman una red cristalina, no moléculas.
La fórmula indica la proporción de iones; las cargas tienen que sumar cero.
Carga del ion según el grupo: 1 → +1, 2 → +2, 13 → +3, 15 → −3, 16 → −2, 17 → −1.

Errores frecuentes

ErrorPensar que en la sal hay «moléculas de NaCl».
Cómo corregirloEn un cristal iónico cada ion está rodeado de muchos de signo contrario. NaCl solo dice que hay tantos iones sodio como cloruro.
ErrorPoner la carga al revés: creer que el cloro forma $\text{Cl}^{+}$ porque «gana» algo.
Cómo corregirloGanar electrones (que son negativos) hace al ion negativo; perderlos lo hace positivo.
ErrorEscribir $\text{MgCl}$ porque «se unen un magnesio y un cloro».
Cómo corregirloComprueba que las cargas suman cero: $\text{Mg}^{2+}$ necesita dos $\text{Cl}^{-}$ → $\text{MgCl}_2$ .
ErrorPensar que el átomo cambia de elemento al ganar o perder electrones.
Cómo corregirloEl número de protones no cambia: $\text{Na}^{+}$ sigue teniendo 11 protones y sigue siendo sodio.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. La sal de la cocina situación real (capas y transferencia)
La sal común es cloruro de sodio, $\text{NaCl}$ . Representa cómo se forma a partir de átomos de sodio ( $Z = 11$ ) y de cloro ( $Z = 17$ ): escribe la distribución en capas de cada átomo y de cada ion e indica qué gas noble «imitan» los iones.

Resolución
1. Átomos: Na: 2, 8, 1 (1 electrón en la última capa, es un metal del grupo 1). Cl: 2, 8, 7 (le falta 1 para tener 8, es un no metal del grupo 17).

2. Transferencia: el sodio cede su electrón al cloro. $\text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + \text{e}^{-} \qquad \text{Cl} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Cl}^{-}$

3. Iones: $\text{Na}^{+}$ : 2, 8 (10 electrones, como el neón). $\text{Cl}^{-}$ : 2, 8, 8 (18 electrones, como el argón).

4. Unión: los iones $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ se atraen y se colocan alternados formando un cristal. Hay uno de cada → fórmula $\text{NaCl}$ .
Ejemplo 2. El magnesio que arde con luz blanca experimental (dos electrones)
En el laboratorio, una cinta de magnesio arde en el aire con una luz blanca muy intensa (se usaba en los flashes de las cámaras antiguas) y queda un polvo blanco: óxido de magnesio, $\text{MgO}$ . Explica cómo se forma el enlace entre el magnesio ( $Z = 12$ ) y el oxígeno ( $Z = 8$ ).

Resolución
Átomos: Mg: 2, 8, 2 (grupo 2, metal). O: 2, 6 (grupo 16, no metal; le faltan 2).

Transferencia: cada átomo de magnesio cede dos electrones a un átomo de oxígeno. $\text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + 2\,\text{e}^{-} \qquad \text{O} + 2\,\text{e}^{-} \rightarrow \text{O}^{2-}$

Iones: $\text{Mg}^{2+}$ : 2, 8 y $\text{O}^{2-}$ : 2, 8. Los dos tienen la configuración del neón.

Fórmula: $(+2) + (-2) = 0$ → uno de cada: $\text{MgO}$ .

Fíjate: aunque la fórmula se parece a la de la sal, aquí se transfieren 2 electrones y los iones tienen carga doble.
Ejemplo 3. Fórmulas a partir de las cargas numérico (fluorita y alúmina)
Deduce la fórmula de estos compuestos iónicos: a) El fluoruro de calcio, el mineral fluorita (calcio, grupo 2, y flúor, grupo 17). b) El óxido de aluminio o alúmina (aluminio, grupo 13, y oxígeno, grupo 16), el material del que están hechos los rubíes y los zafiros y la fina capa que protege el aluminio de las latas.

Resolución
a) Iones: $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{F}^{-}$ . Un calcio cede 2 electrones, pero cada flúor solo acepta 1 → hacen falta dos flúor. $(+2) + 2\cdot(-1) = 0 \;\Rightarrow\; \text{CaF}_2$

b) Iones: $\text{Al}^{3+}$ y $\text{O}^{2-}$ . Buscamos el número más pequeño de cargas que sea múltiplo de 3 y de 2: 6.
- 2 iones $\text{Al}^{3+}$ → $+6$
- 3 iones $\text{O}^{2-}$ → $-6$
$2\cdot(+3) + 3\cdot(-2) = 0 \;\Rightarrow\; \text{Al}_2\text{O}_3$

Truco: la carga de un ion (sin signo) suele ser el subíndice del otro: $\text{Al}^{3+}\ \text{O}^{2-} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3$ . Pero comprueba siempre que la suma da cero y simplifica si se puede ( $\text{Mg}^{2+}\ \text{O}^{2-} \rightarrow \text{Mg}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{MgO}$ ).

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Para cada átomo, escribe su distribución en capas, indica si tenderá a ganar o a perder electrones (y cuántos) y escribe el ion que forma: a) K ( $Z = 19$ ) b) Al ( $Z = 13$ ) c) S ( $Z = 16$ ) d) F ( $Z = 9$ )
Ver solución
a) 2, 8, 8, 1 → pierde 1 → $\text{K}^{+}$ . b) 2, 8, 3 → pierde 3 → $\text{Al}^{3+}$ . c) 2, 8, 6 → gana 2 → $\text{S}^{2-}$ . d) 2, 7 → gana 1 → $\text{F}^{-}$ .
- K: 2, 8, 8, 1. Un electrón en la última capa (metal): lo pierde y queda 2, 8, 8 → $\text{K}^{+}$ .
- Al: 2, 8, 3. Tres electrones en la última capa (metal): los pierde y queda 2, 8 → $\text{Al}^{3+}$ .
- S: 2, 8, 6. Le faltan 2 para 8 (no metal): gana 2 y queda 2, 8, 8 → $\text{S}^{2-}$ .
- F: 2, 7. Le falta 1 (no metal): gana 1 y queda 2, 8 → $\text{F}^{-}$ .
2. Fácil
¿Entre cuáles de estas parejas de elementos se formará un enlace iónico? Justifícalo. a) sodio y flúor b) carbono y oxígeno c) calcio y oxígeno d) cobre y cinc e) potasio y bromo

Ver solución
Iónico: a) sodio-flúor, c) calcio-oxígeno y e) potasio-bromo (metal con no metal). b) no (dos no metales); d) no (dos metales).
El enlace iónico necesita un metal (que cede electrones) y un no metal (que los acepta). a) Na (metal, grupo 1) y F (no metal, grupo 17): iónico. b) C y O son no metales: comparten electrones (enlace covalente). c) Ca (metal, grupo 2) y O (no metal, grupo 16): iónico. d) Cu y Zn son metales: no hay quien acepte los electrones (enlace metálico). e) K (metal, grupo 1) y Br (no metal, grupo 17): iónico.
3. Media
El fluoruro de litio, $\text{LiF}$ , se usa en algunas pilas. Representa su formación con la distribución en capas del litio ( $Z = 3$ ) y del flúor ( $Z = 9$ ), de sus iones, y di a qué gas noble se parece cada ion.
Ver solución
Li (2, 1) → $\text{Li}^{+}$ (2), como el helio. F (2, 7) → $\text{F}^{-}$ (2, 8), como el neón. Se transfiere 1 electrón del litio al flúor.
- Li: 2, 1. Pierde su único electrón de la última capa: $\text{Li} \rightarrow \text{Li}^{+} + \text{e}^{-}$ . Queda con 2 electrones (2), como el helio (para la primera capa, «completa» son 2).
- F: 2, 7. Gana ese electrón: $\text{F} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{F}^{-}$ . Queda 2, 8, como el neón.
- Cargas: $(+1) + (-1) = 0$ → uno de cada: $\text{LiF}$ .
4. Media
Escribe los iones y deduce la fórmula del compuesto iónico que forman: a) potasio y azufre b) calcio y cloro c) aluminio y flúor d) litio y oxígeno

Ver solución
a) $\text{K}_2\text{S}$ b) $\text{CaCl}_2$ c) $\text{AlF}_3$ d) $\text{Li}_2\text{O}$
a) $\text{K}^{+}$ y $\text{S}^{2-}$ : $2\cdot(+1) + (-2) = 0$ → $\text{K}_2\text{S}$ . b) $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Cl}^{-}$ : $(+2) + 2\cdot(-1) = 0$ → $\text{CaCl}_2$ . c) $\text{Al}^{3+}$ y $\text{F}^{-}$ : $(+3) + 3\cdot(-1) = 0$ → $\text{AlF}_3$ . d) $\text{Li}^{+}$ y $\text{O}^{2-}$ : $2\cdot(+1) + (-2) = 0$ → $\text{Li}_2\text{O}$ .
5. Difícil
Marcos dice: «La fórmula $\text{CaCl}_2$ quiere decir que el cloruro de calcio está formado por moléculas con un átomo de calcio y dos de cloro». a) ¿Qué está mal en su frase? Corrígela. b) Un pequeño cristal de cloruro de calcio tiene $3\cdot 10^{18}$ iones calcio. ¿Cuántos iones cloruro tiene? ¿Cuántos electrones han pasado del calcio al cloro para formarlo?

Ver solución
a) No hay moléculas ni átomos neutros: hay una red de iones $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Cl}^{-}$ en proporción 1 : 2. b) $6\cdot 10^{18}$ iones cloruro; se han transferido $6\cdot 10^{18}$ electrones.
a) En un compuesto iónico no hay moléculas: hay un cristal con muchísimos iones $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Cl}^{-}$ ordenados. La fórmula $\text{CaCl}_2$ solo indica que hay dos iones cloruro por cada ion calcio.

b) Proporción 1 : 2 → iones cloruro $= 2 \cdot 3\cdot 10^{18} = 6\cdot 10^{18}$ . Cada calcio cede 2 electrones → electrones transferidos $= 2 \cdot 3\cdot 10^{18} = 6\cdot 10^{18}$ (justo uno por cada cloro, que acepta 1).

Para practicar más

1. Fácil

Completa en tu cuaderno una tabla con estas columnas: átomo, distribución en capas del átomo, electrones que gana o pierde, ion que forma, distribución en capas del ion y gas noble al que se parece. Átomos: Na ( $Z = 11$ ), Ca ( $Z = 20$ ), Cl ( $Z = 17$ ) y O ( $Z = 8$ ).

Ver solución

Na: 2, 8, 1 → pierde 1 → $\text{Na}^{+}$ : 2, 8 (neón). Ca: 2, 8, 8, 2 → pierde 2 → $\text{Ca}^{2+}$ : 2, 8, 8 (argón). Cl: 2, 8, 7 → gana 1 → $\text{Cl}^{-}$ : 2, 8, 8 (argón). O: 2, 6 → gana 2 → $\text{O}^{2-}$ : 2, 8 (neón).

Átomo	Capas	Gana/pierde	Ion	Capas del ion	Gas noble
Na	2, 8, 1	pierde 1	$\text{Na}^{+}$	2, 8	neón
Ca	2, 8, 8, 2	pierde 2	$\text{Ca}^{2+}$	2, 8, 8	argón
Cl	2, 8, 7	gana 1	$\text{Cl}^{-}$	2, 8, 8	argón
O	2, 6	gana 2	$\text{O}^{2-}$	2, 8	neón

2. Media
La cal viva (óxido de calcio, $\text{CaO}$ ) se ha usado durante siglos para hacer los morteros con los que se construían los edificios antiguos de Madrid. Representa la formación del enlace entre el calcio ( $Z = 20$ ) y el oxígeno ( $Z = 8$ ) y justifica la fórmula.
Ver solución
Ca (2, 8, 8, 2) cede 2 electrones → $\text{Ca}^{2+}$ (2, 8, 8). O (2, 6) los acepta → $\text{O}^{2-}$ (2, 8). $(+2) + (-2) = 0$ → $\text{CaO}$ .
- $\text{Ca} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\,\text{e}^{-}$ : el calcio pierde sus 2 electrones de la última capa y queda 2, 8, 8 (como el argón).
- $\text{O} + 2\,\text{e}^{-} \rightarrow \text{O}^{2-}$ : el oxígeno completa su última capa y queda 2, 8 (como el neón).
- Los iones se atraen y forman un cristal. Como $(+2) + (-2) = 0$ , hay un ion de cada: $\text{CaO}$ .
3. Media
Deduce la fórmula de estos compuestos iónicos escribiendo primero los iones: a) fluoruro de magnesio (magnesio y flúor) b) óxido de sodio (sodio y oxígeno) c) cloruro de aluminio (aluminio y cloro) d) sulfuro de calcio (calcio y azufre)

Ver solución
a) $\text{MgF}_2$ b) $\text{Na}_2\text{O}$ c) $\text{AlCl}_3$ d) $\text{CaS}$
a) $\text{Mg}^{2+}$ , $\text{F}^{-}$ : $(+2) + 2\cdot(-1) = 0$ → $\text{MgF}_2$ . b) $\text{Na}^{+}$ , $\text{O}^{2-}$ : $2\cdot(+1) + (-2) = 0$ → $\text{Na}_2\text{O}$ . c) $\text{Al}^{3+}$ , $\text{Cl}^{-}$ : $(+3) + 3\cdot(-1) = 0$ → $\text{AlCl}_3$ . d) $\text{Ca}^{2+}$ , $\text{S}^{2-}$ : $(+2) + (-2) = 0$ → $\text{CaS}$ .
4. Media
¿Verdadero o falso? Corrige las falsas. a) En el enlace iónico los átomos comparten electrones. b) El ion $\text{Cl}^{-}$ tiene 18 electrones. c) El ion $\text{Mg}^{2+}$ tiene 12 protones y 10 electrones. d) Al formarse el ion $\text{Na}^{+}$ , el sodio se convierte en neón porque tiene sus mismos electrones. e) En el cloruro de calcio hay el doble de iones cloruro que de iones calcio.

Ver solución
a) F b) V c) V d) F e) V
a) Falso. En el enlace iónico hay transferencia: el metal cede electrones y el no metal los acepta (compartir es el enlace covalente). b) Verdadero. El cloro tiene 17 electrones y gana 1: 18. c) Verdadero. El magnesio tiene 12 protones; pierde 2 electrones: $12 - 2 = 10$ . d) Falso. Tiene la misma distribución de electrones que el neón, pero sigue teniendo 11 protones: sigue siendo sodio. e) Verdadero. $\text{CaCl}_2$ : dos $\text{Cl}^{-}$ por cada $\text{Ca}^{2+}$ .
5. Difícil
La alúmina ( $\text{Al}_2\text{O}_3$ ) es un compuesto iónico de aluminio ( $Z = 13$ ) y oxígeno ( $Z = 8$ ). a) Escribe los iones que la forman con su distribución en capas. b) Explica por qué la fórmula tiene 2 aluminios y 3 oxígenos. c) ¿Cuántos electrones se transfieren en total para formar un grupo $\text{Al}_2\text{O}_3$ ? ¿Quién los da y quién los recibe?

Ver solución
a) $\text{Al}^{3+}$ (2, 8) y $\text{O}^{2-}$ (2, 8). b) Porque $2\cdot(+3) + 3\cdot(-2) = 0$ . c) 6 electrones: los 2 aluminios ceden 3 cada uno y los 3 oxígenos aceptan 2 cada uno.
a) Al: 2, 8, 3 → pierde 3 → $\text{Al}^{3+}$ : 2, 8. O: 2, 6 → gana 2 → $\text{O}^{2-}$ : 2, 8.

b) El compuesto tiene que ser neutro. Con 2 iones $\text{Al}^{3+}$ hay $+6$ y con 3 iones $\text{O}^{2-}$ hay $-6$ : suman cero. Con menos iones no se consigue (por ejemplo, 1 Al y 1 O daría $+3 - 2 = +1$ ).

c) Cada aluminio cede 3: $2 \cdot 3 = 6$ electrones. Cada oxígeno acepta 2: $3 \cdot 2 = 6$ electrones. Se transfieren 6 electrones del aluminio al oxígeno.