3.2: Los iones y la regla del octeto

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Lisa Sharpe Elles
University of Kansas

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Objetivos de aprendizaje

Utilice la regla del octeto y las configuraciones de electrones para determinar si un átomo ganará o perderá electrones formando aniones o cationes.

Los iones se forman cuando un átomo, generalmente en el lado izquierdo de la tabla periódica, reacciona y transfiere uno o más electrones a otro átomo, generalmente en el lado derecho de la tabla periódica. Estos electrones generalmente se pierden o se ganan en el caparazón de valencia, o el nivel de energía más externo (caparazón). ¿Por qué algunos átomos pierden electrones y otros ganan electrones? ¿Cómo podemos predecir el número de electrones perdidos o ganados? ¿Qué iones son estables y qué iones no se forman en absoluto? Estas preguntas se responden mejor observando las configuraciones de electrones y considerando lo que se llama la regla del octeto, que establece que los átomos ganan o pierden electrones para formar una configuración estable de gas noble, es decir, una subcapa llena que contiene ocho electrones. Por lo tanto, es útil echar un vistazo más de cerca a las configuraciones de electrones para ilustrar más la formación de iones y la transferencia de electrones entre átomos.

La configuración electrónica para el sodio muestra que hay diez electrones centrales y un electrón de valencia en el tercer nivel de energía. Cuando el sodio pierde el electrón de valencia única, formando el catión Na ⁺, la configuración electrónica es ahora idéntica a la del neón, un gas noble estable con ocho electrones de valencia.

\[\begin{array}{lcl} \ce{Na} & \rightarrow & \ce{Na^+} + \ce{e^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^1 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \end{array}\]

El cloro también tiene diez electrones centrales y electrones de valencia en el tercer nivel de energía. Sin embargo, el cloro tiene siete electrones de valencia, uno menos que el gas noble argón, que tiene ocho electrones de valencia. Así, el cloro ganará un electrón, formando el anión, Cl ^—, y logrando una configuración estable de gas noble.

\[\begin{array}{lcl} \ce{Cl} + \ce{e^-} & \rightarrow & \ce{Cl^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \:2p^6 \: 3s^2 \: 3p^5 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^2 \: 3p^6 \end{array}\]

La regla del octeto y la tabla periódica se pueden utilizar para predecir qué iones se formarán; los elementos del grupo principal en el lado izquierdo de la tabla periódica (metales en los grupos 1, 2 y 13) tienden a perder electrones (forman cationes) para lograr la misma configuración electrónica que el gas noble justo delante de ellos en la tabla . El número de electrones que perderá el átomo depende del grupo en el que se encuentre el átomo, es decir, cuántos electrones de valencia tenga. Los elementos del grupo principal en el lado derecho de la tabla periódica (no metales en los grupos 15-17) ganarán electrones para lograr la misma configuración electrónica que el gas noble justo después de ellos en la tabla. Nuevamente, el número de electrones que ganará el átomo depende del número de electrones de valencia que tenga y cuántos sean necesarios para alcanzar la subcapa llena, ocho electrones.

Nota Violación de la Regla del Octeto

No es imposible violar la regla del octeto. Considera el sodio: en su forma elemental, tiene un electrón de valencia y es estable. Es bastante reactivo, sin embargo, y no requiere mucha energía para eliminar ese electrón para hacer el ion Na ⁺. Podríamos eliminar otro electrón añadiendo aún más energía al ion, para hacer el ion Na ² ⁺. Sin embargo, eso requiere mucha más energía de la que normalmente está disponible en las reacciones químicas, por lo que el sodio se detiene a una carga 1+ después de perder un solo electrón. Resulta que el ion Na ⁺ tiene un octeto completo en su nueva concha de valencia, la concha n = 2, que satisface la regla del octeto. La regla del octeto es resultado de las tendencias en las energías y es útil para explicar por qué los átomos forman los iones que hacen.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Escriba la configuración electrónica del átomo de aluminio (Z = 13) y subraye los electrones de valencia. ¿Cuántos electrones se ganan/pierden para formar un ion aluminio? Escriba el símbolo y la configuración electrónica para un ion aluminio.

Solución

La configuración electrónica del átomo de Al es 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ¹. El aluminio tiene tres electrones de valencia en el tercer nivel de energía, (3 s ² 3 p ¹). El catión, Al ³ ⁺, se forma cuando estos tres electrones de valencia se pierden, dejando la configuración para el neón de gas noble, 1 s ² ² s 2 p ⁶.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Escriba la configuración electrónica del átomo de oxígeno (Z = 8) y subraye los electrones de valencia. ¿Cuántos electrones se ganan/pierden para formar un ion óxido? Escriba el símbolo y la configuración electrónica para el ion óxido.

Contestar: La configuración electrónica del átomo de O es 1 s ² 2 s ² 2 p ⁴. El oxígeno tiene seis electrones de valencia en el segundo nivel de energía, (2 s ² 2 p ⁴). El anión O ^{2 −} se forma cuando se ganan dos electrones en la capa de valencia. La configuración electrónica resultante, 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶, que también es idéntica a la configuración para el neón de gas noble .