Disolverse en agua
Muchos sólidos iónicos son solubles en agua. ¿Qué significa esto? Observacionalmente, parece que la sal de mesa, NaCl, desaparece en el agua cuando se disuelve. Algunos otros sólidos iónicos que tienen un color visible, como el sulfato de cobre (II), pueden verse a la deriva en la solución y extenderse. Pero, ¿qué está sucediendo realmente a nivel atómico? Eso es lo que queremos explorar aquí.
Sólidos iónicos
Los sólidos iónicos están formados por una estructura continua de iones. Estos iones se asientan en un patrón regular que se repite. Debe haber iones positivos, llamados cationes , e iones negativos, llamados aniones , en cualquier sólido iónico para que el sólido no tenga carga neta. Una vez que estos sólidos se colocan en agua, comienzan a disolverse. Los iones se recogen de esta estructura de celosía y se llevan a la solución acuosa.
El agua como disolvente polar
Antes de que podamos hablar sobre cómo y por qué el agua se puede disolver y llevar estos iones a la solución, debemos observar de cerca la estructura del agua. El agua es una molécula covalente con un oxígeno en el medio y dos átomos de hidrógeno en un ángulo de 104,5 grados desde este oxígeno central. Debido a que el oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno, los electrones enlazados en la molécula pasan más tiempo cerca del átomo de oxígeno que cerca de los átomos de hidrógeno. Esto resulta en un momento dipolar en la molécula de agua. Un momento dipolar en una molécula significa que una parte de la molécula es parcialmente negativa y otra parte de la molécula es parcialmente positiva. Como el agua tiene un momento dipolar, es un disolvente polar .
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Iones hidratados
Una vez que un sólido iónico soluble, como NaCl, se coloca en agua, el solvente polar comienza a actuar. El lado positivo del momento dipolar del agua se enfrenta a los iones Cl – , creando una capa de solvatación esférica que rodea al anión y lo aleja del sólido y lo lleva a la solución. De manera similar, el lado negativo del momento dipolar de las moléculas de agua se volverá hacia los iones Na + para crear un ion sodio solvatado. El ion solvatado consiste en un ion en el medio rodeado por moléculas de solvente alineadas que rodean al ion en una capa esférica. Cuando el solvente es agua, también lo llamamos ión hidratado . Observe que la imagen de abajo es una imagen bidimensional. En realidad, las moléculas de agua rodean a los iones en una esfera tridimensional.
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A menudo, las imágenes visuales de este fenómeno solo muestran una esfera o capa de hidratación o solvatación. Pero en realidad hay más de una capa o esfera de agua que rodea al ion. La capa más cercana al ion es la más ordenada con el lado del momento dipolar del agua que está opuesto a la carga frente al ion de una manera predecible. Al salir de la primera capa de hidratación, la molécula de agua se ordena cada vez más al azar. En la cuarta capa de moléculas, el orden de las moléculas ya no está alineado con el ion y es similar a la orientación aleatoria de las moléculas de agua que se encuentran en el agua pura.
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Iones complejos
Algunos iones metálicos cargados positivamente retienen sus capas de hidratación cuando forman cristales iónicos sólidos a partir de una solución acuosa. Cuando esto sucede, las moléculas de agua adoptan posiciones muy ordenadas alrededor del ión formando un ión complejo . El número de moléculas de agua en estos iones complejos varía con la fuerza de los iones y la estructura cristalina. Este fenómeno de un ion complejo no ocurre en nuestro ejemplo anterior de sal de mesa, NaCl, pero ocurre en el sulfato de cobre (II). Observe las moléculas de agua que rodean los centros de iones de cobre, las esferas de color cobre, en la estructura de abajo.
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Resumen
Los sólidos iónicos se disuelven y forman iones hidratados en agua. Estos iones hidratados consisten en un ion central rodeado por una capa esférica de moléculas de agua. Las moléculas de agua polares alinearán sus momentos dipolares de modo que el lado con carga opuesta mire hacia el ion. Hay múltiples capas de conchas de hidratación o solvatación, cada una de las cuales se vuelve cada vez más aleatoria en la orientación de las moléculas de agua. En algunos sólidos iónicos, estas capas de hidratación permanecen alrededor de los centros catiónicos y están muy estructuradas formando lo que se llama un ion complejo.
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