QuímicaMedio2,5 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

También trata: Enlace químico y geometría molecular
Castilla y León · 2017 · Junio · Opción B
Enunciado
Responda a las siguientes cuestiones.

a) (0,9 puntos) ¿Qué son los momentos dipolares instantáneo, inducido y permanente?

b) (0,8 puntos) Indique y justifique cuáles de estas especies; HF\text{HF}, H2\text{H}_2, CH3–CO–CH3\text{CH}_3\text{–CO–CH}_3 (acetona) y CH3–CH2OH\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{OH} (etanol) son polares.

c) (0,8 puntos) Indique y justifique cuáles de las especies del apartado anterior formarán enlaces de hidrógeno.
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Resultado
  • a) Permanente: por enlaces polares no compensados; instantáneo: fluctuación momentánea de la nube electrónica; inducido: el que provoca un dipolo vecino.
  • b) Polares: HF\text{HF}, acetona y etanol. Apolar: H2\text{H}_2.
  • c) Forman enlaces de hidrógeno el HF\text{HF} y el etanol.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Un momento dipolar aparece cuando los centros de carga positiva y negativa de una molécula no coinciden; lo que cambia entre los tres tipos es su origen y su duración. Para b), una molécula es polar si tiene enlaces polares (átomos de distinta electronegatividad) y su geometría no los anula. Para c), el enlace de hidrógeno exige un H unido directamente a F, O o N y, en la molécula vecina, un átomo de F, O o N con pares solitarios.
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Desarrollo

a) Momentos dipolares instantáneo, inducido y permanente
  • Momento dipolar permanente: el que tiene una molécula de forma estable porque sus enlaces son polares (átomos de distinta electronegatividad) y su geometría no los compensa. El centro de las cargas negativas no coincide con el de las positivas nunca. Ejemplos: HF\text{HF}, H2O\text{H}_2\text{O}. Da lugar a las fuerzas dipolo-dipolo.
  • Momento dipolar instantáneo: el que aparece durante un instante en cualquier molécula, incluso apolar, porque el movimiento de los electrones hace que en un momento dado la nube electrónica esté desplazada hacia un lado. Dura muy poco y cambia de orientación continuamente. Es el origen de las fuerzas de dispersión de London.
  • Momento dipolar inducido: el que adquiere una molécula (o un átomo) cuando se le acerca un dipolo, permanente o instantáneo, que deforma su nube electrónica. Existe mientras dura la influencia del dipolo vecino. Cuanto más grande y deformable (polarizable) es la nube, mayor es el dipolo inducido.
b) Especies polares
  • HF\text{HF}: molécula diatómica con un enlace muy polar (χF=4,0\chi_\text{F} = 4{,}0 frente a χH=2,1\chi_\text{H} = 2{,}1). El momento del enlace es el de la molécula: polar.
  • H2\text{H}_2: dos átomos iguales, misma electronegatividad. El enlace es covalente apolar y la molécula es apolar.
  • Acetona, CH3–CO–CH3\text{CH}_3\text{–CO–CH}_3: el carbono del grupo carbonilo está unido a dos carbonos y a un oxígeno por un doble enlace; según la TRPECV, tres dominios de electrones alrededor del C central dan una geometría plana trigonal (unos 120∘120^\circ). El enlace C=O\text{C=O} es muy polar (χO=3,5\chi_\text{O} = 3{,}5 frente a χC=2,5\chi_\text{C} = 2{,}5) y no hay otro enlace que lo compense: polar.
  • Etanol, CH3–CH2OH\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{OH}: el oxígeno tiene dos pares enlazantes (con C y con H) y dos solitarios, geometría angular en torno al O. Los enlaces C–O\text{C–O} y O–H\text{O–H} son polares y no se anulan: polar.
Son polares el HF\text{HF}, la acetona y el etanol.

c) Enlaces de hidrógeno

El enlace de hidrógeno se forma cuando un H unido a un átomo muy electronegativo y pequeño (F, O o N) queda con una carga parcial positiva grande y es atraído por un par solitario de un átomo de F, O o N de otra molécula.
  • HF\text{HF}: el H está unido al F, que además tiene tres pares solitarios. Sí forma enlaces de hidrógeno (F–H⋯F\text{F–H}\cdots\text{F}).
  • Etanol: tiene un grupo –OH\text{–OH}; el H está unido al O, y el O tiene dos pares solitarios. Sí forma enlaces de hidrógeno (O–H⋯O\text{O–H}\cdots\text{O}). Por eso hierve a 78 ∘C78\ ^\circ\text{C}, mucho más que la acetona (56 ∘C56\ ^\circ\text{C}) pese a tener menor masa molecular.
  • Acetona: tiene un O con pares solitarios, pero ningún H unido al O (todos sus H están unidos a carbono, poco electronegativo). Entre moléculas de acetona no hay enlaces de hidrógeno, solo fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión. (Sí puede aceptarlos de otra molécula que aporte el H, como el agua: por eso es miscible con ella.)
  • H2\text{H}_2: el H no está unido a F, O ni N. No forma enlaces de hidrógeno; solo fuerzas de dispersión de London.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

La acetona es la trampa de c): tiene oxígeno, pero sus hidrógenos están unidos a carbono. Para que una sustancia forme enlaces de hidrógeno consigo misma necesita un H unido a F, O o N; tener el átomo electronegativo no basta.

En a) no te limites a los nombres: di de dónde sale cada dipolo y cuánto dura.
Paso 1 de 3
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