QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

Andalucía · 2018 · Septiembre · Opción A
Enunciado
Opción A · Cuestión 3. Explique, en función del tipo de enlace, las siguientes afirmaciones:

a) El cloruro de sodio tiene un punto de fusión de 800 ∘C800\ ^\circ\text{C}, en cambio, el Cl2\text{Cl}_2 es un gas a temperatura ambiente.

b) El diamante no conduce la corriente eléctrica mientras que el níquel sí lo hace.

c) La temperatura de fusión del agua es menor que la del cobre.
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Resultado
  a) Ioˊnico (red) frente a molecular apolar (fuerzas de London)  \boxed{\;\textbf{a) Iónico (red) frente a molecular apolar (fuerzas de London)}\;}  b) Diamante: e− localizados; nıˊquel: e− deslocalizados  \boxed{\;\textbf{b) Diamante: } e^- \text{ localizados}; \text{ níquel: } e^- \text{ deslocalizados}\;}  c) Molecular con enlaces de hidroˊgeno frente a metaˊlico  \boxed{\;\textbf{c) Molecular con enlaces de hidrógeno frente a metálico}\;}
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Estrategia

Cada apartado compara dos tipos de enlace distintos, así que lo primero es clasificar las cinco sustancias:
SustanciaTipoQué hay que romper para fundir
NaCl\text{NaCl}IónicoLa red de iones (atracciones electrostáticas)
Cl2\text{Cl}_2Molecular apolarSolo las fuerzas de dispersión entre moléculas
DiamanteCovalente reticularLa red de enlaces covalentes C ⁣− ⁣C\text{C}\!-\!\text{C}
Níquel, cobreMetálicoLa red de cationes y electrones deslocalizados
H2O\text{H}_2\text{O}Molecular polarLos enlaces de hidrógeno
La idea que atraviesa los tres apartados: en las sustancias moleculares solo hay que vencer fuerzas intermoleculares débiles; en las redes (iónicas, metálicas o covalentes) hay que romper enlaces.
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Desarrollo

a) Enlace iónico frente a enlace covalente molecular.

El NaCl\text{NaCl} forma una red cristalina tridimensional de iones Na+\text{Na}^+ y Cl−\text{Cl}^- unidos por fuerzas electrostáticas intensas. Fundirlo exige romper esa red completa, lo que requiere mucha energía (su energía reticular ronda los −790 kJ mol−1-790\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}): de ahí los 800 ∘C800\ ^\circ\text{C}.

El Cl2\text{Cl}_2, en cambio, es una molécula covalente apolar y discreta. El enlace Cl ⁣− ⁣Cl\text{Cl}\!-\!\text{Cl} es fuerte, pero para fundir o hervir la sustancia no hay que romperlo: basta con separar unas moléculas de otras, y estas solo se atraen mediante débiles fuerzas de dispersión de London. Por eso es un gas a temperatura ambiente (Teb=−34 ∘CT_{eb} = -34\ ^\circ\text{C}).

b) Enlace covalente reticular frente a enlace metálico.

El diamante es una red covalente en la que cada carbono está unido a otros cuatro mediante enlaces σ\sigma (sp3sp^3). Todos los electrones de valencia están localizados en esos enlaces: no hay cargas libres que puedan desplazarse, así que no conduce la corriente.

El níquel presenta enlace metálico: una red de cationes inmersa en un mar de electrones deslocalizados, que se mueven libremente por todo el cristal. Esos electrones son los portadores de carga, y por eso el metal conduce ya en estado sólido.Conductividad  ⟵  portadores de carga moˊviles\text{Conductividad} \;\longleftarrow\; \text{portadores de carga móviles}c) Enlace covalente molecular frente a enlace metálico.

El agua es una sustancia molecular: aunque sus moléculas se unen mediante enlaces de hidrógeno —las fuerzas intermoleculares más intensas—, siguen siendo interacciones entre moléculas, órdenes de magnitud más débiles que un enlace químico propiamente dicho. Basta con vencerlas para fundir el hielo.

El cobre tiene enlace metálico: fundirlo exige debilitar las intensas atracciones entre la red de cationes de cobre y el mar de electrones que los envuelve.Tf(H2O)=0 ∘C  ⋘  Tf(Cu)=1085 ∘CT_f(\text{H}_2\text{O}) = 0\ ^\circ\text{C} \; \lll \; T_f(\text{Cu}) = 1085\ ^\circ\text{C}
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Consejo

La idea que resuelve casi todas estas comparaciones es distinguir enlace intramolecular de fuerza intermolecular. En el Cl2\text{Cl}_2 el enlace es fuerte, pero para fundirlo no hay que romperlo: solo hay que separar moléculas.

En b), la respuesta clave es quién transporta la carga. El diamante y el níquel son ambos redes sólidas, pero solo el metal tiene electrones libres. (Y ojo: el grafito, con el mismo elemento que el diamante, sí conduce, porque tiene electrones π\pi deslocalizados.)

Ten a mano la jerarquía general de puntos de fusión: covalente reticular >> iónico >> molecular, con los metálicos muy repartidos (del mercurio, líquido, al wolframio, a más de 3400 ∘C3400\ ^\circ\text{C}), aunque la mayoría de los metales de transición, como el cobre o el níquel, funden por encima de 1000 ∘C1000\ ^\circ\text{C}. Con ella y una frase de justificación por caso, la cuestión sale entera.
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