Energía de retículo

Es posible que ya estén familiarizados con la  ley de Coulomb, que es la ley más importante   o subyacente detrás de todo lo que sabemos sobre  la electrostática y cómo las cosas con cargas se   atraen o rechazan entre sí. Pero una versión  simplificada de la ley de Coulomb es que la   magnitud de la fuerza entre partículas cargadas  va a ser proporcional al producto de las cargas,   por lo que q₁ sería la carga de una de las  partículas cargadas, tal vez es un ion,   y q₂ sería la carga de la otra partícula, tal vez  sea ion, dividido entre r². Y si estamos hablando   de iones, r será la distancia entre sus núcleos:  si las cargas son diferentes, será una fuerza de   atracción, y si las cargas son las mismas, será  una fuerza de repulsión. Y podemos usar la ley   de Coulomb para pensar en compuestos iónicos, así  que vamos con el que quizá sea el compuesto iónico   más común en nuestra vida diaria: la sal de mesa.  La sal de mesa es cloruro de sodio. Hemos hablado   de esto en otros videos. El cloruro de sodio está  compuesto de cationes sodio con carga positiva,   por lo que tenemos un Na⁺. El sodio es un elemento  del grupo 1, por lo que le es muy fácil perder un   electrón y luego tener una carga positiva,  y está formado también por un anión cloruro,   Cl¯. El cloruro es un elemento del grupo 7 que  realmente quiere ese electrón extra, para tener   8 electrones de valencia en su nivel más externo,  por lo que es muy probable que atrape un electrón,   tal vez de un sodio. Entonces, estos dos  elementos se atraerán entre sí. Noten que   tienen cargas opuestas. Y cuando tenemos un  montón de sodio y cloruro juntos, tendremos   una estructura que se parece a esto. Y en Química  llamamos a esto retícula. Ahora, en el lenguaje   cotidiano podemos asociar una retícula con un  tipo de patrón de líneas cruzadas como este,   pero en Química, cuando hablamos de una retícula,  estamos hablando de una estructura tridimensional   de átomos o una estructura tridimensional de iones  que tienen un patrón repetitivo, y podemos verlo   aquí. En futuros videos veremos con más detalle  las estructuras reticulares. Pero podemos ver   en esta imagen que los púrpuras son los de sodio y  los verdes son los iones cloruro, y podemos ver en   la tabla periódica de los elementos la razón por  la cual los cationes sodio son tan pequeños. Hemos   dicho que a medida que avanzamos hacia la derecha  el radio disminuye, pero lo que sucede es que   cuando el sodio pierde ese electrón más externo  sus electrones quedan con una configuración de gas   noble de neón, entonces pierde esa tercera capa,  se hace más pequeño y no sólo pierde esa tercera   capa, sino que tiene 11 protones, por lo que  tendrá una fuerte atracción sobre los electrones   en esa segunda capa. Y, de manera similar, el  cloruro ganará un electrón, por lo que tendrá   una configuración de gas noble de argón, entonces  va a ser más grande. Ahora, cuando hablamos de   enlaces covalentes, hablamos de la energía de  enlace, la energía necesaria para separar los   átomos que formaban los enlaces covalentes. Existe  una noción similar para los enlaces iónicos como   este y es la energía reticular, y ésta es la  energía necesaria para separar los iones de   manera que queden infinitamente alejados unos  de otros. Y la energía reticular generalmente   se mide en Kilo-Jules por mol, que es también  en lo que medimos la energía de enlace, porque   en realidad son la misma noción, excepto que la  energía reticular rompe una retícula de iones,   mientras que con energía de enlace normalmente  nos referimos a enlaces covalentes. Ahora,   quiero que piensen en algo: ¿qué va a tener una  energía reticular más alta, será el cloruro de   sodio? O escojamos algo más: cloruro de rubidio.  ¿Cuál tendrá una energía reticular más alta?,   ¿cuál va a necesitar más energía para separar  los iones? Y les daré una pista con esta tabla   periódica de los elementos. Muy bien. El cloruro  de rubidio, que en lugar de un catión sodio está   compuesto por un catión rubidio, entonces tenemos  Rb⁺ y, por supuesto, tenemos el anión cloruro,   Cl¯. ¿Y cuál es la diferencia aquí?  El anión es cloruro en ambos casos,   pero cuando comparamos el rubidio con el sodio,  el rubidio tendrá una estructura electrónica de   kriptón cuando pierda un electrón; mientras  que el sodio, una vez que pierde un electrón,   su configuración electrónica se verá como el neón,  por lo que el catión sodio es más pequeño. ¿Y qué   nos dice esto? Bueno, si este está aquí, voy a  rodearlo así, si esto es más pequeño y tenemos   cargas similares en la parte superior, tenemos  1 positivo y 1 negativo en la parte superior,   que son las cargas entre los dos iones. Pero ahora  tenemos un radio más pequeño entre los núcleos,   porque el sodio es más pequeño que el rubidio,  mientras el radio disminuye, la fuerza aumenta,   por lo que tendremos fuerzas de Coulomb más  fuertes en una retícula de cloruro de sodio que   en una retícula de cloruro de rubidio. Debido a  que la fuerza de atracción es fuerte se necesitará   más energía para separarlo, por eso vamos a tener  una energía reticular más alta para el cloruro de   sodio que para el cloruro de rubidio. Pensemos  en otro compuesto iónico. Digamos que tenemos   fluoruro de magnesio y éste está compuesto de un  catión magnesio que tiene una carga positiva de 2,   entonces 2 más, en una retícula con un montón de  aniones fluoruro. Entonces, ¿cómo se compararía la   energía reticular del fluoruro de magnesio con  lo que acabamos de ver aquí? El magnesio tiene   una carga mayor que estos cationes aquí arriba,  por lo que, si vemos la carga de magnesio como   q₁ no tendrá algo más grande allá arriba y ese  fluoruro es un anión más pequeño que el cloruro.   Podemos ver eso si miramos la tabla periódica de  los elementos nuevamente: el flúor es más pequeño   que el cloro, por lo que incluso si agregamos un  electrón a ambos, el fluoruro seguirá siendo más   pequeño, y el magnesio, cuando le quitamos dos  electrones, tendrá la configuración electrónica   de gas noble neón, pero va a atraer aún más a  esos electrones de la segunda capa porque tiene   12 protones en comparación con el sodio que sólo  tiene 11. Entonces, lo que vemos aquí es que el   magnesio no sólo tiene una carga positiva mayor  que el catión sodio, sino que será más pequeño, y   el fluoruro tiene una carga comparable al cloruro,  pero también será más pequeño. Por lo tanto,   tenemos una carga mayor en la parte superior,  al menos para el magnesio, y tenemos radios más   pequeños en la parte inferior, por lo que en el  fluoruro de magnesio las fuerzas de Coulomb entre   los iones y la retícula son aún más fuertes, por  lo que la energía reticular, la energía necesaria   para separarla, será mayor, por lo que de los tres  que acabamos de ver la energía reticular más alta   será del fluoruro de magnesio, seguido por el  cloruro de sodio y luego el cloruro de rubidio.