Enlace iónico. Balance energético en la formación de iones.

Si la diferencia de electronegatividad entre los átomos de un enlace es muy grande, la polaridad es tan elevada que no se puede hablar de electrones compartidos: la diferencia de densidades electrónicas entre ambos núcleos es tan grande que se puede suponer que un átomo gana electrones y el otro los pierde, es decir los átomos se convierten en iones. La formación de cationes requiere la aportación energética, correspondientes a las energías de ionización; la formación de aniones libera, en muchos casos, la energía correspondiente a las afinidades electrónicas. Sin embargo estas cantidades energéticas no justifican la formación de los iones.

El elemento con menor energía de ionización es el Cs (3,893 eV). Es decir, la formación de un ión Cs+ requiere la aportación de 3,893 eV por átomo. La mayor afinidad electrónica corresponde al Cl (-3,613 eV), por lo que la formación del ión Cl- libera una energía de 3,613 eV por átomo (el F tiene una afinidad electrónica de -3,448 eV ¿Por qué la formación del ion Cl- libera más energía que la formación del ión F-?

Por tanto la formación de un catión Cs+ no puede realizarse con la energía liberada al formarse el anión Cl-. Es necesaria una aportación adicional de 0,28 eV. ¿Cómo se puede aportar? El acercamiento de dos iones de signo contrario supone una disminución de energía potencial eléctrica de acuerdo con la expresión:

Ep = -k . q1 . q2/r

Donde

K: constante según el sistema de unidades utilizado (S.I. k = 9.10⁹)

q1 y q2: cargas en exceso de los iones ( 1 e- = 1,6 . 10^-19 c )

r: distancia interiónica ( 1 A = 10^-10 m)

por tanto para dos iones monovalentes (cargas -1 y +1):

Ep = -9.10 ⁹ . (1,6.10^-19)² / r Julios x 1 eV/1,6 . 10^-19 J = 1,44 . 10 ^-9 / r eV

Para que Ep = 0,28 eV (energía adicional para la formación del ión Cs⁺) el valor de r debe ser de 5,14 . 10 ^-9 m = 51,4 A°. Las distancias interiónicas en estado gaseoso del sistema sodio – cloro (2,36 A°) o del sistema cesio – cloro (2,90 A°) permiten la aportación energética suficiente para la formación de iones, de manera que, en estos compuestos, los átomos ionizados se encuentran unidos por fuerzas electrostáticas que actúan en todas las direcciones (no son fuerzas dirigidas como en el enlace covalente).