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

Propiedades de los compuestos iónicos

Objetivo: Al terminar, sabrás enumerar las propiedades de los compuestos iónicos (sólidos con punto de fusión alto, duros pero frágiles, muchos solubles en agua, conductores solo fundidos o disueltos) y explicarlas con el modelo de red de iones.

Explicación

Del modelo a las propiedades

Ya sabes que un compuesto iónico es una red cristalina de cationes y aniones que se atraen con fuerza. Cada ion está rodeado de muchos iones de signo contrario. Con esta idea podemos explicar todas sus propiedades.

Propiedad	Qué observamos	Por qué (modelo)
Estado	Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente.	Los iones están fijos en la red.
Punto de fusión	Alto (cientos o miles de °C): sal común unos 800 °C.	Para fundir hay que separar iones que se atraen muy fuerte.
Dureza y fragilidad	Son duros (cuesta rayarlos) pero frágiles: un golpe los rompe.	Un golpe desplaza una capa de iones; quedan enfrentados iones del mismo signo, que se repelen, y el cristal se parte.
Solubilidad	Muchos se disuelven en agua (sal, cloruro de potasio). No se disuelven en aceite ni gasolina.	Las moléculas de agua rodean a los iones y los separan de la red.
Conductividad eléctrica	No conducen en estado sólido. Sí conducen fundidos o disueltos en agua.	Para conducir hacen falta cargas que se muevan. En el sólido los iones están fijos; fundidos o disueltos, los iones se mueven libremente.

Cuidado con dos ideas

No todos los compuestos iónicos son solubles: la caliza (carbonato de calcio) o la fluorita (fluoruro de calcio) apenas se disuelven en agua.
Cuanto mayor es la carga de los iones, más fuerte es la atracción y más alto suele ser el punto de fusión: el óxido de magnesio ( $\text{Mg}^{2+}$ , $\text{O}^{2-}$ ) funde a unos 2800 °C, frente a los unos 800 °C de la sal ( $\text{Na}^{+}$ , $\text{Cl}^{-}$ ).

Algunos datos aproximados

Compuesto iónico	Punto de fusión aproximado	¿Soluble en agua?
Cloruro de sodio, $\text{NaCl}$ (sal común)	801 °C	Sí (unos 360 g por litro)
Cloruro de potasio, $\text{KCl}$ (sal «baja en sodio»)	770 °C	Sí
Fluoruro de calcio, $\text{CaF}_2$ (fluorita)	1420 °C	Casi nada
Óxido de magnesio, $\text{MgO}$	2800 °C	Casi nada

Puntos clave

Los compuestos iónicos son sólidos cristalinos a temperatura ambiente.
Tienen puntos de fusión altos porque los iones se atraen con mucha fuerza.
Son duros pero frágiles: al desplazar una capa, se enfrentan iones del mismo signo y se repelen.
Muchos son solubles en agua (no todos) e insolubles en aceite o gasolina.
No conducen la electricidad en estado sólido; sí cuando están fundidos o disueltos, porque entonces los iones se pueden mover.
A mayor carga de los iones, mayor atracción y, en general, mayor punto de fusión.

Errores frecuentes

ErrorDecir que la sal sólida conduce la electricidad «porque tiene iones».
Cómo corregirloTener cargas no basta: tienen que poder moverse. En el cristal sólido los iones están fijos; solo conducen fundidos o disueltos.
ErrorConfundir duro con «que no se rompe».
Cómo corregirloDuro significa difícil de rayar. Un cristal de sal es duro pero frágil: se rompe con un golpe.
ErrorPensar que todos los compuestos iónicos se disuelven en agua.
Cómo corregirloMuchos sí, pero no todos: la caliza o la fluorita apenas se disuelven y siguen siendo iónicos.
ErrorCreer que al disolver sal en agua la sal «desaparece» o se convierte en agua.
Cómo corregirloLos iones $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ siguen ahí, separados y rodeados de agua: por eso la disolución sabe salada y conduce.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. ¿Conduce la sal? experimental (conductividad)
Montamos un circuito con una pila de 4,5 V, una bombilla pequeña (o un LED) y dos cables cuyos extremos pelados se pueden meter en un vaso. Probamos:
1. Los extremos de los cables en un montón de sal de cocina seca.
2. Los extremos en un vaso con agua destilada.
3. Los extremos en el mismo vaso tras disolver dos cucharadas de sal. ¿Qué se observa en cada caso? Explícalo.
Resolución
Observaciones:
1. Sal seca: la bombilla no se enciende.
2. Agua destilada: no se enciende (o apenas, porque casi no tiene iones).
3. Agua con sal: se enciende.
Explicación: para que pase la corriente tiene que haber cargas que se puedan mover.
- En la sal sólida hay iones, pero están fijos en la red: no conduce.
- El agua destilada casi no tiene iones: prácticamente no conduce.
- Al disolver la sal, el agua separa los iones $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ , que se mueven libremente por el líquido: conduce.
Si pudiéramos fundir la sal (a 801 °C), también conduciría, por la misma razón.
Ejemplo 2. El martillazo al cristal de sal modelo de partículas (fragilidad)
Si golpeas con un martillo un cristal grande de sal gorda, se rompe en trozos más pequeños con caras planas. En cambio, si golpeas una lámina de aluminio, se abolla pero no se rompe. Explica, con el modelo de red iónica, por qué la sal es frágil.

Resolución
En el cristal de sal los iones están colocados alternados: cada $\text{Na}^{+}$ tiene $\text{Cl}^{-}$ alrededor y al revés.

$\begin{matrix} + & - & + & - \\ - & + & - & + \end{matrix}$

Al golpear, una capa se desliza respecto a la de abajo la distancia de un ion. Entonces quedan enfrentados iones del mismo signo:

$\begin{matrix} + & - & + & - \\ + & - & + & - \end{matrix}$

Los iones de igual carga se repelen y las dos capas se separan: el cristal se rompe. Por eso los compuestos iónicos son frágiles aunque sean duros. (El metal no se rompe porque su enlace es distinto: es el enlace metálico.)
Ejemplo 3. ¿Qué material para el horno? análisis de datos (puntos de fusión)
Observa la tabla de puntos de fusión aproximados:

Sustancia Punto de fusión

Cloruro de sodio 801 °C

Óxido de magnesio 2800 °C

Agua 0 °C

Parafina (cera de vela) 55 °C

Cloruro de potasio 770 °C

a) ¿Cuáles crees que son compuestos iónicos? b) Los ladrillos que recubren por dentro los hornos de las acerías tienen que aguantar más de 1500 °C. ¿Cuál de estas sustancias elegirías para fabricarlos? c) ¿Por qué el óxido de magnesio funde a una temperatura mucho más alta que el cloruro de sodio?

Resolución
a) Cloruro de sodio, óxido de magnesio y cloruro de potasio: tienen puntos de fusión altos (cientos o miles de grados) y además están formados por un metal y un no metal. El agua y la parafina funden a temperaturas muy bajas: no son iónicas.

b) El óxido de magnesio: es la única que sigue sólida a 1500 °C (funde a unos 2800 °C). De hecho, se usa para fabricar ladrillos refractarios.

c) Sus iones tienen carga doble ( $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{O}^{2-}$ ) frente a carga simple ( $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ ). La atracción es mucho más fuerte y hace falta más energía (más temperatura) para separarlos.

Sustancia	Punto de fusión
Cloruro de sodio	801 °C
Óxido de magnesio	2800 °C
Agua	0 °C
Parafina (cera de vela)	55 °C
Cloruro de potasio	770 °C

Ejercicios

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

1. Fácil
Completa las frases con las palabras: fijos, altos, repelen, se mueven, frágiles, sólidos. a) A temperatura ambiente, los compuestos iónicos son ______. b) Sus puntos de fusión son ______. c) Son duros pero ______, porque al desplazar una capa los iones del mismo signo se ______. d) En estado sólido no conducen porque los iones están ______; disueltos sí, porque los iones ______.

Ver solución
a) sólidos b) altos c) frágiles; repelen d) fijos; se mueven
a) sólidos (cristalinos). b) altos. c) frágiles; se repelen. d) fijos; se mueven.
2. Fácil
Indica si conduce o no la electricidad y por qué: a) un cristal de sal; b) sal fundida; c) agua con sal «baja en sodio» (cloruro de potasio) disuelta; d) un trozo de fluorita (fluoruro de calcio) seco.

Ver solución
a) No b) Sí c) Sí d) No
a) No: los iones están fijos en la red. b) Sí: al fundirse, los iones se pueden mover. c) Sí: el cloruro de potasio es iónico; disuelto, sus iones $\text{K}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ se mueven por el agua. d) No: es un sólido iónico; sus iones están fijos.
3. Media
Explica con el modelo de red iónica por qué para fundir la sal hay que calentarla hasta unos 800 °C, mientras que el hielo funde a 0 °C.
Ver solución
En la sal hay que separar iones de carga opuesta que se atraen con mucha fuerza y están rodeados de muchos vecinos; eso exige mucha energía (alta temperatura). En el hielo las partículas están unidas mucho más débilmente.
- Fundir es conseguir que las partículas dejen sus posiciones fijas y puedan desplazarse.
- En la sal, cada ion $\text{Na}^{+}$ está atraído por varios $\text{Cl}^{-}$ vecinos (y al revés): las fuerzas eléctricas entre iones son muy intensas. Hace falta mucha energía, y por eso una temperatura muy alta (801 °C).
- En el hielo las partículas (moléculas de agua) se atraen mucho más débilmente: basta con 0 °C.
4. Media
En el laboratorio se estudian dos sólidos blancos, A y B:
- A: funde a 770 °C; se disuelve en agua y la disolución conduce la electricidad; sólido no conduce; al golpearlo se rompe en trozos.
- B: funde a unos 55 °C; no se disuelve en agua; no conduce ni sólido ni fundido; es blando. ¿Cuál puede ser un compuesto iónico? Justifícalo con al menos tres propiedades.
Ver solución
A es iónico (punto de fusión alto, soluble y conductor disuelto pero no sólido, frágil). B no es iónico.
A cumple las propiedades de los compuestos iónicos:
1. Punto de fusión alto (770 °C).
2. Soluble en agua y la disolución conduce (hay iones que se mueven); sólido no conduce (iones fijos).
3. Frágil: se rompe al golpearlo. (Podría ser cloruro de potasio.)
B no: punto de fusión muy bajo, insoluble y no conduce ni fundido (no tiene iones). (Podría ser parafina.)
5. Difícil
El cloruro de sodio funde a 801 °C y el óxido de calcio ( $\text{CaO}$ ) a unos 2600 °C. Los dos son compuestos iónicos. a) Escribe los iones de cada uno. b) Explica la diferencia entre sus puntos de fusión. c) ¿Cuál de los dos usarías para fabricar el crisol (recipiente) donde se funde un metal a 1500 °C? ¿Por qué?

Ver solución
a) $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ ; $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{O}^{2-}$ . b) Los iones del CaO tienen carga doble y se atraen más. c) El óxido de calcio: sigue sólido a 1500 °C.
a) Cloruro de sodio: $\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$ (carga 1). Óxido de calcio: $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{O}^{2-}$ (carga 2).

b) Cuanto mayor es la carga de los iones, más fuerte es la atracción entre ellos. En el CaO las cargas son dobles: hace falta mucha más energía para separarlos y el punto de fusión es mucho más alto.

c) El óxido de calcio: a 1500 °C la sal ya estaría fundida (801 °C < 1500 °C), mientras que el CaO sigue sólido (2600 °C > 1500 °C).

Para practicar más

1. Fácil
¿Verdadero o falso? Corrige las falsas. a) Los compuestos iónicos son líquidos a temperatura ambiente. b) Un cristal de sal conduce la electricidad porque está formado por iones. c) Todos los compuestos iónicos son solubles en agua. d) Los compuestos iónicos son duros pero frágiles.

Ver solución
a) F b) F c) F d) V
a) Falso: son sólidos cristalinos. b) Falso: tiene iones, pero fijos; solo conduce fundido o disuelto. c) Falso: muchos sí, pero otros, como la caliza o la fluorita, apenas se disuelven. d) Verdadero.
2. Fácil
Relaciona cada propiedad de los compuestos iónicos con su explicación:
1. Punto de fusión alto. 2. Frágiles. 3. Conducen disueltos. 4. No conducen sólidos. A. Los iones están fijos en la red. B. Al desplazarse una capa, se enfrentan iones del mismo signo. C. Los iones se atraen con mucha fuerza. D. Los iones se pueden mover libremente.
Ver solución
1-C, 2-B, 3-D, 4-A
1 → C: hace falta mucha energía para separar iones que se atraen fuerte. 2 → B: los iones de igual signo se repelen y el cristal se rompe. 3 → D: en la disolución, los iones se mueven y transportan la carga. 4 → A: en el sólido, los iones no pueden desplazarse.
3. Media
Lucía disuelve unos cristales azules de sulfato de cobre(II), un compuesto iónico, en agua. Mete en la disolución los dos extremos de un circuito con una pila y un LED. a) ¿Se encenderá el LED? ¿Por qué? b) Después deja evaporar el agua y recupera los cristales secos. Si mete los cables en los cristales, ¿qué pasará? ¿Por qué?

Ver solución
a) Sí: los iones disueltos se mueven. b) No se enciende: en el sólido los iones están fijos.
a) Sí. Al disolverse, el agua separa los iones del cristal y estos se mueven libremente: hay cargas móviles y pasa la corriente. b) No. Al evaporarse el agua, los iones vuelven a formar la red cristalina y quedan fijos: el sólido no conduce. (Fíjate en que el compuesto es el mismo; lo que cambia es si los iones se pueden mover.)
4. Media
El agua del grifo de Madrid conduce un poco la electricidad, pero el agua destilada que usamos en el laboratorio casi no la conduce. Explica por qué, teniendo en cuenta que el agua del grifo lleva disueltas pequeñas cantidades de sales.
Ver solución
Las sales disueltas en el agua del grifo aportan iones que se mueven; el agua destilada casi no tiene iones.
- Las sales son compuestos iónicos. Al disolverse en el agua del grifo, sus iones quedan libres y se pueden mover: el agua conduce algo.
- El agua destilada se ha separado de esas sales (se evapora y se condensa): casi no tiene iones y casi no conduce.
- Conclusión: lo que conduce no es el agua en sí, sino los iones disueltos en ella.
5. Difícil
Un compañero dice: «La fluorita no se disuelve en agua, así que no puede ser un compuesto iónico». a) ¿Tiene razón? Explícalo. b) La fluorita funde a unos 1420 °C, es dura y se rompe al golpearla. Fundida conduce la electricidad. ¿Qué te dicen estos datos sobre su enlace?

Ver solución
a) No: hay compuestos iónicos insolubles. b) Son propiedades de un compuesto iónico: es iónico (calcio, un metal, y flúor, un no metal).
a) No tiene razón. Muchos compuestos iónicos son solubles en agua, pero no todos: la fluorita (fluoruro de calcio, $\text{CaF}_2$ ) o la caliza apenas se disuelven y son iónicos. La solubilidad es una pista, no una prueba.

b) Punto de fusión alto, duro, frágil y conductor solo cuando está fundido (los iones pasan a moverse): son las propiedades típicas de un compuesto iónico. Además está formado por un metal (calcio) y un no metal (flúor), lo que confirma que el enlace es iónico.