Reglas de Fajans para los enlaces químicos

Reglas de Fajans

Antes de entrar en la discusión de las reglas de Fajans, primero debemos hablar un poco sobre la polarización y deformación de los iones. Los compuestos iónicos son compuestos de metales y no metales en los que tenemos un catión , que es un ión con carga positiva, y un anión , que es un ión con carga negativa, formando un enlace iónico. Un enlace iónicoSuele ser un enlace electrovalente formado a partir de la transferencia de electrones. Cuando los cationes y aniones llegan a su distancia de equilibrio para formar un enlace, la nube de electrones del anión es atraída por el catión con carga positiva. Por tanto, la nube de electrones del anión se deforma ligeramente y se dice que está polarizada. Se inicia así una desviación de una configuración iónica ideal y se incorpora algún carácter covalente en el enlace. Entonces la polarización desarrolla un carácter covalente.

Las reglas de Fajans establecen que la polarización se ve reforzada por las siguientes tres cosas:

1. Alta carga y pequeño tamaño del catión.
2. Alta carga y gran tamaño del anión.
3. Cationes con estructuras de 18 electrones como Cu + , Hg 2+ , etc.

Discusión de las reglas de Fajans

Los compuestos iónicos tradicionalmente tienen las siguientes propiedades:

• Duro y quebradizo con altos puntos de fusión.
• Conducir electricidad en solución y
• Disolver en solventes polares

La polarización en un enlace iónico conducirá a la covalencia y, por lo tanto, se desviará de estas tres propiedades típicas. Veamos ejemplos específicos y discutamos.

Nuestro primer ejemplo se puede ver en el desarrollo del carácter covalente con un aumento de la carga catiónica. El punto de fusión , que es la temperatura a la que una sustancia sólida cambia de estado a una sustancia líquida, del compuesto bromuro de sodio (NaBr) es de 755 ° C, el del bromuro de magnesio es de 700 ° C y el del bromuro de aluminio es de 97,5 ° C. C. Podemos racionalizar esta tendencia con las reglas de Fajans. En estos tres compuestos, el bromuro es el anión común. La carga catiónica aumenta de +1 en Na a +2 en Mg y +3 en Al. Según las reglas de Fajans, una carga más alta conduce a la polarización y, por lo tanto, a una mayor covalencia en una molécula. Entonces, la covalencia es más alta en AlBr 3 y más baja en NaBr. Por tanto, el punto de fusión de AlBr 3 es el punto de fusión más bajo.

Ahora, echemos un vistazo al desarrollo del carácter covalente con aumento en su radio de cationes.

Observe la siguiente tendencia en los puntos de fusión. El punto de fusión del compuesto cloruro de berilio (BeCl 2 ) es de 405 ° C, el del cloruro de magnesio (MgCl 2 ) es de 712 ° C, el del cloruro de calcio (CaCl 2 ) es de 772 ° C, el del cloruro de estroncio (SrCl 2) ) es 872 ° C y el punto de fusión del cloruro de bario (BaCl 2 ) es 960 ° C. En todos estos compuestos, el cloruro es el anión común. El tamaño de los cationes aumenta de Be 2+ (0,031 nm) a Ba 2+ (0,135 nm) de la siguiente manera. El tamaño de Be 2+ es 0.031 nm, el de Mg 2+ es 0.065 nm, el de Ca 2+ es 0.099 nm, el de Sr 2+es de 0,133 nm, y el de Ba 2+ es de 0,135 nm. De acuerdo con las reglas de Fajans, un catión de tamaño pequeño conduce a la polarización y, por lo tanto, a una mayor covalencia en una molécula. Entonces, la covalencia es más alta en BeCl 2 y menos en BaCl 2 . Entonces, el BaCl 2 es el más iónico entre los compuestos dados y tiene el punto de fusión más alto. Por lo tanto, la tendencia anterior en los puntos de fusión se explica fácilmente por las reglas de Fajans.

Ahora, veamos el desarrollo del carácter covalente con aumento en el radio del anión. La siguiente tendencia en los puntos de fusión se puede explicar nuevamente con las reglas de Fajans. Si observamos los haluros de calcio, los puntos de fusión disminuyen desde el fluoruro de calcio (CaF 2 ) hasta el yoduro de calcio (CaI 2 ). El punto de fusión del fluoruro de calcio (CaF 2 ) es 1392 ° C, el del cloruro de calcio (CaCl 2) es de 772 ° C, la del bromuro de calcio es de 730 ° C y la del yoduro de calcio es de 375 ° C. Si miramos los compuestos, encontramos que el calcio es el catión común aquí. El radio de los aniones aumenta de fluoruro a yoduro de la siguiente manera. El radio aniónico del fluoruro es 0.136 nm, el del cloruro es 0.181 nm, el del bromuro es 0.195 nm y el del yoduro es 0.216 nm. Según las reglas de Fajans, un anión de gran tamaño conduce a la polarización y, por lo tanto, a una mayor covalencia en una molécula. Entonces, la covalencia es mayor en CaI 2 y menor en CaF 2 . Entonces, el CaF 2 es el más iónico entre los compuestos dados y tiene el punto de fusión más alto. Por lo tanto, la tendencia anterior en los puntos de fusión se explica fácilmente por las reglas de Fajans.

Veamos ahora un caso en el que los cationes con estructura de 18 electrones ejercen mayor poder de polarización que los cationes con 8 electrones y el mismo tamaño.

Para este último ejemplo, veamos primero los puntos de fusión del cloruro de potasio (KCl) y el cloruro de plata (AgCl). El punto de fusión del cloruro de potasio es mayor que el del cloruro de plata. En estos dos compuestos, el cloruro es el anión común. K + tiene 8 electrones de valencia (3s 2 3p 6 ) frente a Ag + , que tiene 18 electrones de valencia (4s 2 4p 6 4d 10 ). Entonces, el poder de polarización de Ag + es más. Por tanto, el KCl es más iónico que el AgCl, por lo que el KCl tiene un punto de fusión más alto. Por razones similares, el NaCl tiene un punto de fusión más alto que el CuCl y el CaCl 2 tiene un punto de fusión más alto que el HgCl 2 .

Consecuencias de la polarización

La disminución de la solubilidad , que es la capacidad de disolverse en un solvente, de los haluros de plata de AgF a AgI también puede explicarse por las reglas de Fajans. A medida que aumenta el tamaño del anión de fluoruro a yoduro, aumenta la polarización y, por tanto, aumenta la covalencia en AgI. Por tanto, la solubilidad disminuye de AgF a AgI.

La disminución de la conductancia eléctrica de algunos compuestos también puede explicarse por las reglas de Fajans. La conductancia eléctrica de LiCl es 166 Ohm -1 cm -1 y la del BeCl 2 es 0.086 Ohm -1 cm -1 . Una carga catiónica más alta conduce a un aumento de la covalencia y, por lo tanto, a una disminución de la conductancia eléctrica del BeCl 2 .

Los aniones polarizados son responsables de impartir color a algunos compuestos. La polarización aumentada imparte color a los compuestos y, por lo tanto, el HgCl 2 es incoloro y el HgI 2 es rojo. El PbCl 2 es incoloro, pero el PbI 2 es amarillo dorado.

Resumen de la lección

Dediquemos un par de minutos a revisar lo que hemos aprendido sobre las reglas de Fajans para los enlaces químicos en esta lección. Primero aprendimos que los compuestos iónicos son compuestos de metales y no metales en los que tenemos un catión , que es un ión con carga positiva, y un anión , que es un ión con carga negativa, formando un enlace iónico , que es un enlace electrovalente formado. de la transferencia de electrones. También aprendimos que la polarización introduce un carácter covalente en un compuesto iónico y, por tanto, los compuestos iónicos experimentan algunos cambios en sus propiedades. Este fenómeno se rige por las reglas de Fajans , que establecen que las siguientes cosas son fuertes factores de polarización que introducen covalencia en compuestos iónicos:

1. Alta carga y pequeño tamaño del catión.
2. Alta carga y gran tamaño del anión, y
3. Cationes con estructuras de 18 electrones, como Cu + y Hg 2+ , etc.

También aprendimos que los compuestos iónicos tienden a tener las siguientes tres propiedades:

• Duro y quebradizo con altos puntos de fusión.
• Conducir electricidad en solución y
• Disolver en solventes polares

Estas propiedades se pueden observar en fenómenos como el punto de fusión , que es la temperatura a la que una sustancia sólida cambia de estado a sustancia líquida, así como consecuencias como la disminución de la solubilidad , que es la capacidad de disolverse en un solvente.