QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

Andalucía · 2018 · Reserva 3 · Opción B

Enunciado

Opción B · Cuestión 3. Dados los siguientes compuestos:

\text{LiCl}

\text{CH}_4

\text{H}_2\text{O}

\text{HF}

, indique razonadamente:

a) El tipo de enlace que presentan.

b) Cuáles de las moléculas covalentes son polares.

c) Cuáles de las moléculas covalentes pueden presentar puntos de fusión y ebullición mayores de lo esperado.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } \text{LiCl}: \text{iónico}; \quad \text{CH}_4, \text{H}_2\text{O}, \text{HF}: \text{covalentes}\;}

\boxed{\;\textbf{b) Polares: } \text{H}_2\text{O} \text{ y } \text{HF} \; (\text{el } \text{CH}_4 \text{ es apolar})\;}

\boxed{\;\textbf{c) } \text{H}_2\text{O} \text{ y } \text{HF}, \text{ por sus enlaces de hidrógeno}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

La secuencia es la habitual: tipo de enlace $\to$ geometría $\to$ polaridad $\to$ fuerzas intermoleculares $\to$ propiedades.

Para a), el criterio es sencillo: metal

+

no metal da enlace iónico; no metal

+

no metal, covalente.

Para b), no basta con que los enlaces sean polares: hace falta además que la geometría sea asimétrica, para que los dipolos no se cancelen.

Y para c), la clave es el enlace de hidrógeno, que exige un hidrógeno unido directamente a

\text{F}

\text{O}

\text{N}

Desarrollo

a) Tipo de enlace.

\text{LiCl}: \; \textbf{iónico} \qquad\qquad \text{CH}_4, \; \text{H}_2\text{O}, \; \text{HF}: \; \textbf{covalente}

El litio es un metal alcalino con energía de ionización baja y el cloro un no metal muy electronegativo: la diferencia de electronegatividad es grande (

\Delta\chi \approx 2{,}0

) y se produce transferencia de electrones, formándose una red de iones

\text{Li}^+

\text{Cl}^-

.

Los otros tres están formados exclusivamente por no metales, con diferencias de electronegatividad moderadas: los electrones se comparten, dando moléculas covalentes discretas.

b) Son polares el $\text{H}_2\text{O}$ y el $\text{HF}$ .

$\text{H}_2\text{O}$ : los enlaces $\text{O}\!-\!\text{H}$ son muy polares y la geometría es angular ( $\approx 104{,}5^\circ$ , por los dos pares solitarios del oxígeno). Los dipolos no se cancelan: $\mu = 1{,}85\ \text{D}$ .
$\text{HF}$ : molécula diatómica heteronuclear; cualquier diferencia de electronegatividad produce un dipolo neto, y aquí es la mayor posible: $\mu = 1{,}82\ \text{D}$ .
$\text{CH}_4$ : sus enlaces $\text{C}\!-\!\text{H}$ son poco polares y, sobre todo, la geometría tetraédrica es perfectamente simétrica, así que los cuatro dipolos se anulan: $\mu = 0$ . Es apolar.

c) Presentan puntos de fusión y ebullición anómalamente altos el $\text{H}_2\text{O}$ y el $\text{HF}$ .

Ambos cumplen la condición del enlace de hidrógeno: tienen hidrógeno unido directamente a un átomo muy electronegativo, pequeño y con pares solitarios (

\text{O}

\text{F}

\text{H}\!-\!\text{O}\cdots\text{H}\!-\!\text{O} \qquad\qquad \text{H}\!-\!\text{F}\cdots\text{H}\!-\!\text{F}

Esa interacción es mucho más intensa que las fuerzas dipolo-dipolo o de dispersión, así que separar las moléculas cuesta mucha más energía de la que cabría esperar por su masa molecular:

T_{eb}(\text{H}_2\text{O}) = 100\ ^\circ\text{C} \qquad T_{eb}(\text{HF}) = 19{,}5\ ^\circ\text{C} \qquad T_{eb}(\text{CH}_4) = -161\ ^\circ\text{C}

Si solo contaran las fuerzas de dispersión, el agua debería hervir hacia

-80\ ^\circ\text{C}

, extrapolando la serie de sus análogos del grupo 16 (

\text{H}_2\text{Te}

\text{H}_2\text{Se}

\text{H}_2\text{S}

), cuyo punto de ebullición baja al disminuir la masa molecular. Esa anomalía es lo que hace posible la vida tal como la conocemos.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

En b), el $\text{CH}_4$ es el caso que hay que justificar bien: tiene enlaces (ligeramente) polares y aun así es apolar, porque la geometría tetraédrica los cancela. Enlace polar y molécula polar no son lo mismo.

La expresión «mayores de lo esperado» de c) apunta directamente a la anomalía de los hidruros: si solo contaran las masas moleculares, el agua y el $\text{HF}$ deberían ser gases. Mencionarlo demuestra que entiendes por qué la pregunta está formulada así.

Y enuncia la condición completa del enlace de hidrógeno ( $\text{H}$ unido a $\text{F}$ , $\text{O}$ o $\text{N}$ ): así queda claro por qué el metano, que también tiene hidrógenos, no lo forma.