Energía de celosía: definición, tendencias y ecuaciones

Publicado el 7 septiembre, 2020

¿Qué es la energía de celosía?

La energía de celosía es un tipo de energía potencial que se relaciona con la estabilidad de los sólidos iónicos. Los sólidos iónicos son muy estables, lo que significa que se necesita mucha energía para romper sus enlaces. Un lugar donde podemos ver estos efectos es en su punto de fusión. Es posible que alguna vez haya usado una receta que requiera derretir azúcar, que no es un sólido iónico. Sin embargo, la sal de mesa, que se ve muy similar, nunca se derretiría a una temperatura adecuada para cocinar. Esto se debe a que la sal de mesa, o cloruro de sodio, es un sólido iónico con enlaces increíblemente estables. Se necesita una enorme cantidad de energía para romper esos enlaces, por lo que la sal es difícil de derretir. Sin embargo, al derretir el azúcar, solo se rompen las interacciones débiles entre las moléculas de azúcar.

El tipo de energía que estamos discutiendo se llama energía reticular porque se refiere a los sólidos iónicos donde los iones están dispuestos en lo que se conoce como una red cristalina.


Disposición de los iones en la red cristalina del cloruro de sodio (NaCl)
imagen de Eyal Bairey, dominio público, wikimedia commons

La energía de celosía también se conoce como entalpía de celosía y puede expresarse de dos maneras. Una forma es la energía liberada cuando los iones gaseosos se combinan para formar un sólido iónico. La otra es la energía necesaria para transformar un sólido iónico en los iones gaseosos que lo componen. De cualquier manera, podemos ver que la energía de la red es una medida de las fuerzas entre los iones en un sólido iónico.

Para evitar confusiones, podemos decir que la energía de la red requerida para romper los enlaces en un sólido iónico y formar iones gaseosos es la entalpía de disociación de la red , y la energía liberada cuando los iones gaseosos se unen para formar un sólido iónico es la entalpía de formación de la red .

Los sólidos iónicos son siempre más estables que los iones gaseosos, lo que significa que los sólidos iónicos están en un estado de menor energía que los iones gaseosos. Esto significa que la entalpía de disociación de la red siempre será un número positivo y la entalpía de formación de la red siempre será un número negativo.

Consideremos la energía reticular del cloruro de sodio. El cloruro de sodio es muy estable y requiere 788 kJ para convertir por completo un mol en iones gaseosos. Así, podemos decir que la entalpía de disociación reticular es +788 kJ / mol y la entalpía de formación reticular es -788 kJ / mol. En general, la energía reticular del cloruro de sodio es 788 kJ / mol.

Cuanto más estable sea el sólido iónico, mayor será la energía de la red. Esto se debe a que cuanto más estables son los enlaces, más difíciles de romper. Así es como necesitarías más energía para romper una silla resistente que una endeble.

Factores que influyen en la energía de celosía

Hay varios factores que afectan la fuerza de los enlaces iónicos, y veremos cómo se relacionan con la energía de la red. Las dos cualidades que más afectan la energía reticular de una sustancia son la carga de sus iones y la distancia entre ellos.

Los iones con mayor carga también tienen mayor energía de red. Por ejemplo, el fluoruro de sodio tiene una energía de red de 923 kJ / mol, mientras que la energía de red de otro sólido iónico, el fluoruro de magnesio, es de 2957 kJ / mol. Aquí, el magnesio tiene una carga de +2, mientras que la carga de sodio es +1. La mayor carga presente en el fluoruro de magnesio mantiene los iones juntos con mayor fuerza, aumentando la energía de la red.

El radio iónico es una medida del tamaño de un ion. Los compuestos que tienen iones más pequeños tendrán energías reticulares más altas porque los iones pueden acercarse entre sí. Este factor también contribuye a la diferencia en la energía de la red entre el fluoruro de sodio (923 kJ / mol) y el fluoruro de magnesio (2957 kJ / mol). Además de tener una mayor carga, el magnesio es más pequeño que el sodio.

Calcular la energía de celosía

Es imposible medir realmente la formación de un sólido iónico a partir de iones gaseosos o el proceso inverso. Sin embargo, podemos calcular la energía de la red a partir de una serie de otros valores experimentales. Discutiremos cuáles son estos valores y luego veremos cómo usarlos para calcular la energía de la red.

Para calcular la energía de la red, observamos la energía de cada paso medible en la formación de un sólido iónico y lo juntamos usando la ley de Hess. Para comprender la ley de Hess, primero necesitamos conocer algunos otros términos.

  • La energía de ionización es la energía necesaria para eliminar un electrón de un átomo o ión neutro. Debido a que este proceso requiere energía, la energía de ionización siempre será un número positivo.
  • La afinidad electrónica es la energía liberada cuando se agrega un electrón a un átomo o ión neutro. Este siempre será un número negativo.
  • La energía de disociación es la energía necesaria para romper los enlaces en un compuesto dado. Este siempre será un número positivo.
  • La energía de sublimación es la energía necesaria para cambiar la fase de una sustancia de sólido directamente a gas, sin pasar por la fase líquida. Esto también se conoce como energía de atomización y siempre será un número positivo.
  • El calor de formación es el cambio total de energía observado cuando un compuesto se ensambla a partir de sus elementos. Esto puede ser positivo o negativo, según el compuesto y los elementos.

La ley de Hess establece que la energía de un proceso general se puede calcular sumando las energías de cada paso del proceso. Para que se forme un sólido iónico, cada elemento de partida debe estar presente en forma de un átomo neutro gaseoso. A continuación, los átomos neutros deben convertirse en iones. Finalmente, los iones se unen para formar un sólido. La suma de las cantidades de energía utilizadas o liberadas en cada paso será igual al calor de formación para la reacción general.

El ciclo de Born-Haber

Aquí, vemos los pasos involucrados en el ciclo de Born-Haber para la formación de un sólido iónico a partir de cualquier haluro metálico (más comúnmente litio, sodio o potasio) y un halógeno gaseoso (flúor o cloro). A partir de esto, puede ver cómo se unen los pasos en el ciclo de Born-Haber. La energía de celosía se puede calcular cuando se conoce la cantidad de energía para cada uno de los otros pasos.


Pasos del ciclo de Born-Haber para la formación de un sólido iónico genérico.
creado por Kelsey Skodje

Para ilustrar más este proceso, podemos calcular la energía de la red para el cloruro de sodio. Dados los valores de energía de sublimación, energía de disociación, afinidad electrónica, energía de ionización y formación de calor, podemos encontrar la energía de celosía utilizando la ecuación de la ley de Hess.


Cálculo de la energía reticular (U) para la formación de cloruro de sodio.
creado por Kelsey Skodje

Resumen de la lección

La energía de celosía nos da información sobre la estabilidad de los sólidos iónicos al decirnos la fuerza de las fuerzas que mantienen unidos sus iones. Puede referirse a la cantidad de energía requerida para romper un sólido iónico en sus iones gaseosos o la cantidad de energía liberada cuando los iones gaseosos se unen para formar un sólido iónico.

Los compuestos iónicos más estables tienen mayores energías de red, y la magnitud de la energía de red se ve más afectada por el tamaño y la carga de los iones. Los iones con menor tamaño y mayor carga conducen a energías reticulares más grandes.

No podemos medir directamente la energía de la red, pero podemos usar el ciclo de Born-Haber para calcularla a partir de valores medibles. Estos valores medibles de energía se corresponden con los pasos de la reacción para formar un sólido iónico. La ley de Hess nos dice que podemos sumar esos valores para encontrar la energía reticular.

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