¿Cuántas moléculas de agua deben unirse a una superficie de un cristal de NaCl para eliminar un ion Na + o Cl-?

Un cristal de cloruro de sodio tiene cuatro tipos de átomos, dependiendo de cuántos átomos vecinos tenga, independientemente de si es un ion Na o Cl. Eche un vistazo a un modelo de relleno de espacio del cristal y verá que las moléculas de agua no pueden acceder a los átomos interiores, con seis átomos vecinos.
Los átomos de la esquina solo tienen tres átomos vecinos, y los átomos del borde tienen cuatro átomos vecinos. Los átomos de la cara tienen cinco vecinos que los rodean, por lo que hay cuatro tipos distintos de átomos en un cristal cúbico. Los átomos de la esquina de un cristal de NaCl son los más accesibles entre los átomos disponibles para que las moléculas de agua interactúen. Si construimos un modelo de una película de agua que cubra un cristal de NaCl, usando muchas moléculas de agua, encontramos que al menos 3-4 moléculas de agua pueden cubrir fácilmente un átomo de esquina.
Como puede ver en esta imagen, cubrí el cristal 4 × 4 con muchas moléculas de agua, para ver las diferentes orientaciones posibles para los átomos individuales en el cristal. Cuantos más vecinos tenga un átomo en un cristal, menos accesible será para las moléculas de agua que lo rodean. De inmediato, vemos que los átomos interiores son completamente inaccesibles, ya que ninguna de las moléculas de agua los está alcanzando. Sin embargo, cuando los iones comienzan a desprenderse del cristal, estos iones ahora son accesibles para las moléculas de agua entrantes.

Una mirada más cercana al modelo de película de agua para el cristal de NaCl muestra cómo se puede acceder a los átomos del borde por aproximadamente tres moléculas de agua, y los átomos de la cara solo aceptan dos moléculas de agua. Esto nos dice que la molécula de agua es lo suficientemente grande como para rodear completamente un átomo de esquina con cuatro y cinco moléculas, y esto proporciona suficiente energía de solvatación para superar la energía reticular que mantiene los átomos de esquina en su lugar. En esta imagen, podemos ver cuán atestadas están las moléculas de agua alrededor de los átomos de la cara y el borde:
Los modelos que llenan espacios son una excelente manera de ver cómo las cosas pueden encajar en su lugar. En todas las imágenes que proporcioné, están hechas en el radio de van der Waals, mostrándonos cómo se sentiría el cristal ante las moléculas de agua. Este radio nos da el límite de cuántas moléculas de agua pueden rodear cómodamente diferentes átomos de un cristal. Por lo tanto, la respuesta a la pregunta es al menos tres o cuatro moléculas de agua, con suficiente energía de solvatación para eliminar los átomos de las esquinas de un cristal de NaCl. Una vez liberados del cristal, seis y ocho moléculas de agua rodean completamente los iones individuales, junto con las capas de moléculas de agua que rodean estas ‘jaulas’.