6.10: La regla del octeto

Debido a que los compuestos iónicos binarios están confinados principalmente a los elementos del grupo 1 y del grupo 2 por un lado y a los elementos del grupo VI y VII por el otro, encontramos que consisten principalmente en iones que tienen una estructura electrónica que es la misma que la de un gas noble. En el fluoruro de calcio, por ejemplo, el átomo de calcio ha perdido dos electrones para lograr la estructura electrónica del argón, y así tiene una carga de +2:

 

El lado izquierdo de la ecuación muestra una gran esfera verde etiquetada C a con dos puntos rojos que representan el electrón de valencia. Esto se convierte en una esfera verde más pequeña etiquetada C un superíndice 2 positivo además de dos puntos rojos etiquetados como 2 e.

1 s ² 2 s ² p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ 4 s ² → 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁶ + 2 e ^—

Por el contrario, un átomo de flúor necesita adquirir solo un electrón para lograr una estructura de neón. El ion fluoruro resultante tiene una carga de —1:

1 s superíndice 2, 2 s superíndice 2, 2 p superíndice 5, más un electrón produce 1 s superíndice 2, 2 s superíndice 2, 2 p superíndice 6.

El lado izquierdo de la ecuación muestra una esfera verde etiquetada con F con siete puntos que representan los siete electrones de valencia. Esta F reacciona con una pequeña esfera roja etiquetada como e superíndice negativo. El producto resultante es una esfera verde más grande etiquetada con F con 8 electrones en corchete con un signo negativo superíndice.

La capa más externa de cada uno de estos iones tiene la configuración electrónica ns ² np ⁶, donde n es 3 para Ca ^{2 +} y 2 para F ^—. Tal configuración de electrones de gas noble ns ² np ⁶ se encuentra con bastante frecuencia. Se le llama octeto porque contiene ocho electrones. En un cristal de fluoruro de calcio, los iones Ca ^{2 +} y F ^— se empaquetan juntos en la red que se muestra a continuación. El estudio cuidadoso del diagrama muestra que cada ion F ^— está rodeado por cuatro iones Ca ^{2 +}, mientras que cada ion Ca ^{2 +} tiene ocho iones F ^— como vecinos más cercanos.

Por lo tanto, debe haber el doble de iones F ^— que iones Ca ^{2 +} en toda la red cristalina. Solo se muestra una pequeña porción de la celosía, pero si se extendiera indefinidamente en todas las direcciones, se podría verificar la relación de dos F ^— por cada Ca ^{2 +}. Esta relación tiene sentido si se considera que se necesitan dos iones F ^— (cada uno con una carga —1) para equilibrar la carga +2 de cada ion Ca ^{2 +}, haciendo que la carga neta en el cristal sea cero. La fórmula para el fluoruro de calcio es, por lo tanto, CaF ₂.

Figura\(\PageIndex{1}\): Una porción de la red cristalina iónica de fluorita, fluoruro de calcio. (a) Los iones Ca ^{2 +} (color) y los iones F ^— (gris) se muestran a tamaño completo. La vista “despiezada” muestra que cada F ^— rodeado por cuatro iones Ca ^{2 +}, mientras que cada ion Ca ^{2 +} está rodeado por ocho iones F ^—. La relación de iones Ca ^{2 +} a iones F ^— es así 4:8 o 1:2, y la fórmula es CaF ₂. (Generado por computadora). (Copyright © 1976 por W. G. Davies y J. W. Moore.)

Los recién llegados a la química suelen tener dificultades para decidir cuál será la fórmula de un compuesto iónico. Un método conveniente para hacer esto es considerar el compuesto como formado a partir de sus átomos y usar diagramas de Lewis. Entonces se puede aplicar la regla del octeto. Cada átomo debe perder o ganar electrones para lograr un octeto. Además, todos los electrones perdidos por un tipo de átomo deben ser ganados por el otro.

Una excepción a la regla del octeto ocurre en el caso de los tres iones que tienen la estructura He 1 s ², es decir, H ^—, Li ⁺ y Be ^{2 +}. En estos casos se necesitan dos en lugar de ocho electrones en la capa más externa para cumplir con la regla.

Ejemplo \(\PageIndex{1}\): Ionic Formula

Encuentra la fórmula del compuesto iónico formado a partir de O y Al.

Solución

Primero escribimos diagramas de Lewis para cada átomo involucrado:

 

Un símbolo en l con 2 puntos rojos a su derecha y un punto rojo en la parte inferior. Símbolo O con dos puntos negros en la parte superior, izquierda e inferior respectivamente.

Ahora vemos que cada átomo O necesita 2 electrones para formar un octeto, mientras que cada átomo de Al tiene 3 electrones para donar. Para que se donara el mismo número de electrones como se acepta, necesitamos 2 átomos de Al (2 × 3 e ^— donados) y 3 átomos de O (3 × 2 e ^— aceptados). Todo el proceso es entonces

 

Ecuación mostrada en términos de diagramas de lewis. Hay 2 símbolos A l con tres puntos negros para representar los electrones de valencia. Estos reaccionan con tres símbolos O con seis electrones de valencia cada uno. El producto resultante es 2 moles de ion positivo Al 3 y tres moles de anión oxígeno, mostrados con un conjunto completo de electrones octeto con superíndice de 2 negativos.

El óxido resultante consiste en iones aluminio, Al ^{3 +}, e iones óxido, O ^2—, en la proporción de 2:3. La fórmula es Al ₂ O ₃.