¿Por qué el carbono no puede formar un enlace iónico?

Question

1. Mi libro de texto dice que un $\ce{C^{4+}}$ El catión no puede formarse porque requiere mucha energía para eliminar 4 electrones. La formación de enlaces iónicos implica la "eliminación" de electrones y parece que hay suficiente energía para ello. Entonces, ¿qué es diferente para el carbono?

2. El libro de texto también menciona que un $\ce{C^{4-}}$ no se puede formar un anión porque 6 protones no pueden retener 10 electrones. Elementos como el cloro forman enlaces iónicos y terminan con 18 electrones y 17 protones. Hay un electrón más. Así es $\ce{NaCl}$ ¿es posible porque no es muy difícil retener 1 electrón extra? En ese caso, ¿en qué punto exacto se hace difícil retener los electrones extra?

Answer 1

$\ce{C^{4+}}$ iones:

En realidad, los iones simples sólo se observan en la fase gaseosa. No hay absolutamente nada que impida que un C 4+ de generarse en la fase gaseosa, dada la energía suficiente. Sin embargo, cada eliminación sucesiva de electrones requiere energía adicional, por lo que cuando se llega a 4 electrones eliminados, se requiere bastante energía. Tenga en cuenta que esto no significa que $\ce{C^{4+}}$ Los iones se ven en los compuestos, sólo que pueden hacerse en la fase gaseosa. Cualquier catión que se pueda imaginar se puede producir en fase gaseosa.

La dificultad surge cuando queremos hacer algo con ese catión de carbono. Si quiero hacer un compuesto con él, puede unirse a otras sustancias y hacer nuevos enlaces. Una vez hecho esto, podemos evaluar esos compuestos para saber si el enlace es realmente iónico o no. En fases condensadas o en solución, observamos cómo interactúan las partes de un compuesto con las partículas que las rodean para decidir si las tratamos como iones o no.

La mejor oportunidad de hacer un C 4+ sería unirlo al flúor, que es un elemento extremadamente ávido de electrones. Cuando lo intento, descubro que el enlace C-F es muy polar, pero el $\ce{CF_4}$ La molécula que se forma se comporta como lo haría normalmente un compuesto covalente. Por ejemplo, no se disocia en iones cuando se disuelve o funde y no forma un cristal iónico en su forma sólida. Por mucho que el flúor quiera electrones, no los quiere lo suficiente como para robar por completo 4 de ellos al carbono, porque la energía necesaria para eliminar cada electrón es mayor que la energía necesaria para eliminar el anterior. Nunca llega al punto de $\ce{C^{4+}}$ y $\ce{F^{-}}$ iones que se unen.

El plomo puede formar un ion +4, $\ce{Pb^{4+}}$ en compuestos como el fluoruro de plomo. La razón por la que esto puede ocurrir pero los cationes de carbono no pueden es que los electrones más externos de un átomo de plomo están mucho más lejos del núcleo que los de un átomo de carbono y son más fáciles de eliminar como resultado.

$\ce{C^{4-}}$ iones:

En forma de gas esto no ocurre. La afinidad del primer electrón del carbono es positiva, por lo que esperaríamos verlo formar $\ce{C-}$ iones en la fase gaseosa si se les da electrones libres para que se atraigan. Añadir un segundo electrón a esta sustancia requeriría que atrajera un electrón en contra de su carga global ya negativa, y eso no es energéticamente favorable.

Para que el $\ce{C^{4-}}$ en un compuesto, una especie tendría que donar 4 electrones al carbono. La atracción del núcleo del carbono hacia los electrones de otros átomos es demasiado baja para que eso ocurra. Los mejores candidatos para un catión en un compuesto iónico de este tipo serían el litio o el cesio, sin embargo, cuando intentamos hacer este compuesto obtenemos otra clase de iones, los carburos, que se caracterizan por $\ce{C2^{2-}}$ iones. En resumen, no sucede.

El comentario de Phillip sobre los carburos es bueno. Hay algunos carburos metálicos que presentan átomos de carbono unidos a un metal en las proporciones que esperaríamos si fuera puramente iónico, como $\ce{Mg2C}$ . En estos compuestos el carbono tiene una carga formal de -4, pero las propiedades de la sustancia son tales que se comporta como un compuesto de red covalente en lugar de un compuesto iónico.

¿Cuál es el límite de este proceso? Los aniones con carga -3, como el nitruro o el fosfuro, existen, aunque requieren una especie muy débilmente electronegativa, como un metal alcalino o alcalinotérreo, para formar un compuesto iónico.

Los átomos de carbono pueden llevar una carga como parte de un ion, pero sólo cuando forman parte de una especie mayor (de nuevo, como $\ce{C2^{2-}}$ ) y no llevan 4 electrones adicionales por átomo. Compruebe cianuro como otro buen ejemplo de este tipo de iones poliatómicos.