Por ejemplo, el magnesio tiene una mayor densidad de carga en comparación con el sodio, por lo que su red metálica es más fuerte y tiene un punto de fusión más alto. ¿Significa eso que el magnesio tiene más protones y un radio atómico más pequeño o se trata de su carga (2+), que hace que su red sea más fuerte?
¿Qué muestra la densidad de carga?
Si se tratara del número de protones en el núcleo, entonces Mercurio difícilmente sería líquido a temperatura ambiente, ¿verdad?
En realidad, se trata de la densidad de electrones libres es decir, la densidad del "gas de electrones" que constituye el unión metálica . Obviamente, esta densidad tiene que ser el negativo de la carga de los iones, por lo que se podría decir que se trata de la carga del magnesio (2+), aunque eso no tiene mucho sentido físicamente a menos que se consideren también los electrones de conducción, ya que los propios iones, por supuesto repulsa entre sí.
La densidad de carga es la densidad de carga alrededor del ion. Silberberg (Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change. 4th ed. 2006) la define como:
"La relación entre la carga de un ion y su volumen".
Por lo tanto, los factores que intervienen en la fuerza de la densidad de carga de un ion son los siguientes carga del ion (por ejemplo, 2+ para el Mg, 1+ para el Na) y el volumen efectivo sobre el que actúa esa carga - que es donde entra el radio iónico. (Obsérvese que es diferente al radio atómico).
Charge density = charge/volumeComo el ion magnesio y el ion sodio tienen ambos la misma configuración electrónica, es decir, la del neón (porque el Mg ha perdido 2 electrones y el Na ha perdido 1 y ahora ambos tienen 10 electrones en total) la carga de los electrones alrededor de los iones es la misma. Pero - el magnesio tiene un protón más en su núcleo. Esto significa que el magnesio tiene un radio más pequeño (piensa que está más condensado debido a la mayor atracción del núcleo - ver carga nuclear efectiva ). $Na^+$ tiene un radio iónico de 102 pm y $Mg^{2+}$ tiene un radio iónico de 72 pm. (También de Silberberg)
Como el volumen es menor y la carga es mayor para el magnesio, la densidad de carga será mayor para el magnesio que para el sodio.
La tendencia periódica es que la densidad de carga disminuirá yendo abajo la tabla periódica ya que la carga se mantiene igual pero el tamaño aumenta. Al cruzar (como para el Mg y el Na) el densidad de carga aumenta ir a la derecha a medida que aumenta la carga y disminuye el tamaño.
¿Qué quiere decir con "qué muestra la densidad de carga"?
En los compuestos de coordinación, la densidad de carga puede definirse como la relación entre la carga y el radio del ion metálico. La densidad de carga es directamente proporcional a la estabilidad de los compuestos de coordinación. Por ejemplo, el radio iónico de los metales $\ce{Cu^2+}$ y $\ce{Cd^2+}$ son $\pu{69 pm}$ y $\pu{97 pm}$ respectivamente. Estabilidad = $\frac{2}{69}$ y $\frac{2}{97}$ . La estabilidad de $\ce{Cu^2+}$ > $\ce{Cd^2+}$ .
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