Nuria Chamorro Llaveria Geoquímica Geología - UAB (2021-2022)



Tema 3: El comportamiento de los elementos
químicos en sistemas silicatos sólidos y
fundidos y en el sistema acuoso.
Nota: sistema: parte del universo que interesa estudiar


1. Repaso conceptos
A partir de la T.P hay 2 tipos de elementos:

 Donantes de e- (metálicos, electro +)
 Aceptadores de e- (no metálicos, electro -)

Electronegatividad: mide el carácter metálico. (Capacidad de un elemento de coger un electrón).

En la TP la electronegatividad aumenta en: el periodo va hacia . En los grupos va hacia arriba
(excepción los elementos de transición que va al revés)




Las propiedades de los metales y no metales son complementarias. Los e- que unos dan, los
otros los recogen.

 Catón +  elemento que cede un e-
 Anión -  elemento que coge un e-
 Enlace electroestático/iónico: cuando catión y anión se aproximan domina este enlace.
 Enlace covalente: cuando dos elementos metálicos o dos elementos no metálicos
similares, comparten electrones (no los transfieren).

Pero no siempre la compartición ni transferencia suele ser completa, (no son ideales), y esa
desviación se mide con el carácter iónico o covalente del enlace real.

Para medir el carácter metálico se utiliza la electronegatividad (también el 1r potencial de
ionización y el potencial del electrodo estándar, menos habituales)

La electronegatividad también sirve para medir el carácter iónico del enlace real.




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Gráfico 1. Relaciona el carácter iónico con la electronegatividad: Gráfico 2. expresa el carácter covalente que forman la
mayoría de los elementos con el O ya que es el anión por
excelencia en la Tierra)




La diferencia de la electronegatividad permite decir el carácter (iónico o covalente) de un enlace
entre 2 elementos de la TP:

- ¿Qué elementos se unirán mediante enlaces con un carácter iónico más débil?
Los que tengan electronegatividad parecida.
- ¿Qué elementos formarán compuestos con enlaces de carácter iónico elevado?
Los que tengan contraste de electronegatividad fuerte.
- ¿De qué tipo es el enlace que forman compuestos de cationes de metales y
aniones complejos como: CaCO3, NaNO3, MgSO4, FeSiO4? Es un enlace
electroestático. Si es de tipo iónico y metálico se disocia. P ej.:




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El carácter iónico de un enlace es importante porque va a determinar el comportamiento del
compuesto, p.ej; una disolución acuosa.

Ejemplo:

Cuando disolvemos CaCO3 en agua se destruye el enlace entre Ca y CO3, pero no ocurre así con
el enlace C-O. ¿Por qué? La explicación se encuentra en el tipo de enlace que forma la molécula
de H2O.

La molécula de agua no es simétrica
y además el enlace H-O es solo el
60% covalente. Como el O tiene
electronegatividad más alta que el
H, atrae hacia si parte de los e- que
comparte con el H. de manera que
hay una δ– al lado de la molécula y
del otro una δ+. Por lo tanto el agua
es dipolar.




Por esta razón, la molécula de H2O es atraída por la superficie de los cristales iónicos CaCO3, lo
que debilita el enlace entre Ca y CO3, pero no el enlace C-O. A demás las moléculas de H2O se
orientan según la carga de los iones (hidratación), estabilizándose en disolución. Esto no pasa
en los enlaces covalentes

El enlace de hidratación es a veces tan fuerte, que se incorpora en los cristales como agua de
hidratación. P.ej.: yeso.



Estabilización de los iones en disolución por orientación de la molécula de agua.

Hidratación

Figura 6 (no importante)




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2. Cristales iónicos
El enlace iónico se da entre elementos con contraste alto de electronegatividad. P.ej: NaCl (Na
0.9 eV y Cl 3,2 eV).

En los compuestos iónicos; Las fuerzas electroestáticas operan en todas las direcciones y la
estabilidad de cada ion del compuesto se apoya en las fuerzas opuestas de los iones vecinos
cargados.

Los compuestos iónicos existen en estados: solido, líquido y en disoluciones iónicas.



Para conseguir una estabilidad máxima se ha de cumplir:

REGLA 1: iones combinados de tal manera que el compuesto resultante será eléctricamente
neutro. P.ej; CaF2 (2 de F+ para 1 Ca-)

REGLA 2: el espacio entre los iones vecinos con cargas opuestas debe aproximarse a una longitud
de enlace en equilibrio para el compuesto en cuestión, de manera que las fuerzas de atracción
puedan mantener junta la estructura




REGLA 3: cada catión debe de estar rodeado por el mayor número posible de aniones que
permita su tamaño. Así se define el número de coordinación  número de iones de signo
contrario que rodea un ion (en 3D).



CONCLUSIÓN: la disposición atómica en un compuesto iónico es función de la carga (valencia) y
del tamaño de los átomos (radio iónico).

El radio es difícil de determinar por qué los iones no tienen formas definidas. Se considera el
radio como la longitud de enlace bien definida entre los dos iones en contacto. Esa longitud se
considera como la suma de radios iónicos hipotéticos.

El radio iónico depende del número de coordinación. Se mide en Amstrong. 1 A = 10-10cm

El radio iónico varia de manera regular en
función de Z y de la carga del ion.




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La similitud entre radios iónicos de
elementos diferentes es importante ya
que permite la existencia de
sustituciones mutuas entre estos
elementos en los compuestos iónicos.

p.ej: Fe2+>Fe3+, por que tiene más e-.




2.1 Importancia de las relaciones de radios en los compuestos iónicos.
El empaquetamiento de cationes y aniones en un compuesto iónico se asemeja al de la figura.

Entre las esferas grandes (aniones) se distinguen
posiciones tetraédricas y octaédricas. La posibilidad
que tiene un catión de entrar en una u otra de estas
posiciones depende de la relación de radios:

R catión/ R anión

(hay 3 capas de aniones puestas intercaladas. En los
huecos se ponen los cationes para obtener un máximo
empaquetamiento en forma de tetraedros, como es el
caso del SiO2. En 3 esferas cabe un catión en forma de
octaedro).

Según el valor de la relación entre radios, el catión
puede entrar en diferentes posiciones de un cristal
iónico, cada uno con un numero de coordinación
diferente.

Si la relación de radios esta próxima a un valor límite entre dos posiciones, el catión puede optar
por cualquiera de las dos. Muestran una coordinación variable.

P.ej; radio de Ca y Al respecto O:

rCa/rO: coordinación 6 o 8 rAl/rO: coordinación 4 o 6.




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Cuando un ion puede tener más de un numero de
coordinación, el que elija dependerá de la T y P de
cristalización del mineral.

La T baja i P alta favorecen los nº de coordinación
altos.

Ejemplo: el Al de los silicatos en rocas de alta P y baja
T, tienden a tener nº coordinación 6, pero a altas T y
bajas P tienden a tener coordinación 4 y remplaza al
Si ( el Al puede estar en posición tetra y octa).

Glaucofan: rocas de alta P.

Na2 Mg3Al2 [Si8O22] (OH)

Hornblenda: rocas de alta T y baja P.

(Na, K) 0-1 Ca2Mg4Al [(Al, Si)8O22] (OH2)

Posición A Octa [Tetra]

Nota: a alta T se necesitan volúmenes más grandes
para tolerar la vibración.


3. Compuestos covalentes
Hay algunos compuestos naturales formados por átomos con una electronegatividad muy
próxima o similar. Estos átomos se unen mediante un enlace covalente que consiste en
compartir e- desapareados entre átomos vecinos.

Un e- desapareado es el que está solo en un orbital atómico. Cuando estos orbitales con 1 solo
e- se superponen con los de otros vecinos, los orbitales atómicos se unen y forman un orbital
molecular; los e- de los cuales están compartidos entre los átomos vecinos.

En este estado, los e- compartidos tienen una energía total inferior a la que tienen los átomos
individuales, debido a que mediant...