QuímicaMedioCuestión · 2 pts
Fuerzas intermoleculares y propiedades
Castilla-La Mancha · 2019 · Julio · Opción B
Enunciado
Con los datos recogidos a continuación, contesta razonadamente a las siguientes preguntas:
a) ¿Por qué la temperatura de ebullición normal del HF es mayor que la del HCl?
b) ¿Por qué la temperatura de ebullición normal del es mayor que la del ?
c) ¿Por qué la temperatura de ebullición normal del HCl es menor que la del ?
d) Predice cuál de las sustancias anteriores presentará mayor punto de fusión.
| Sustancia | ||||
|---|---|---|---|---|
| Temperatura ebullición normal (°C) | 100 | 20 | −85 | −34 |
b) ¿Por qué la temperatura de ebullición normal del es mayor que la del ?
c) ¿Por qué la temperatura de ebullición normal del HCl es menor que la del ?
d) Predice cuál de las sustancias anteriores presentará mayor punto de fusión.
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Resultado
- a) El HF forma enlaces de hidrógeno; el HCl solo dipolo-dipolo y London.
- b) El agua forma enlaces de hidrógeno; el Cl₂, apolar, solo fuerzas de London.
- c) El Cl₂, de doble masa molar y más polarizable, tiene fuerzas de London más intensas que las del HCl.
- d) El agua ().
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Estrategia
Las cuatro sustancias son moleculares: al hervir no se rompen enlaces covalentes, sino las fuerzas entre moléculas. Cuanto más intensas son esas fuerzas, más energía hace falta para separar las moléculas y mayor es la temperatura de ebullición.
Hay que identificar qué fuerzas actúan en cada sustancia:
Hay que identificar qué fuerzas actúan en cada sustancia:
- Enlace de hidrógeno: H unido a F, O o N (muy electronegativos y pequeños). Es la más intensa de las intermoleculares.
- Dipolo-dipolo: entre moléculas polares.
- Dispersión de London: en todas las moléculas; crece con el tamaño (la masa molar), porque la nube electrónica es más polarizable.
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a) HF (20 °C) frente a HCl (−85 °C).
En el HF el hidrógeno está unido al flúor, el elemento más electronegativo y muy pequeño: el enlace H–F es muy polar y el H de una molécula se une al F de la vecina mediante enlaces de hidrógeno. El cloro es menos electronegativo y más grande, y el HCl no forma enlaces de hidrógeno: entre sus moléculas solo hay fuerzas dipolo-dipolo y de London, mucho más débiles. Aunque el HCl tiene mayor masa molar, el enlace de hidrógeno del HF pesa mucho más y por eso hierve a temperatura mucho mayor.
b) H₂O (100 °C) frente a Cl₂ (−34 °C).
El agua es una molécula polar (angular) que forma enlaces de hidrógeno muy extensos: cada molécula tiene dos H y dos pares solitarios en el O, y puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno con sus vecinas. El es una molécula apolar (dos átomos iguales) y solo presenta fuerzas de dispersión de London. Aunque el tiene casi cuatro veces más masa molar, sus fuerzas de London son mucho más débiles que la red de enlaces de hidrógeno del agua.
c) HCl (−85 °C) frente a Cl₂ (−34 °C).
Aquí ninguna de las dos forma enlaces de hidrógeno. El HCl es polar y tiene, además de London, fuerzas dipolo-dipolo; el solo tiene London. Sin embargo, el tiene el doble de masa molar (71 frente a 36,5) y dos átomos grandes de cloro: su nube electrónica es mucho más polarizable y sus fuerzas de dispersión de London son más intensas. En este caso ese aumento de las fuerzas de London supera la pequeña contribución dipolo-dipolo del HCl (que es poco polar comparado con el HF), y el hierve a mayor temperatura.Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
Desarrollo
| Sustancia | (g/mol) | Polaridad | Fuerzas intermoleculares |
|---|---|---|---|
| 18 | polar | enlaces de hidrógeno (hasta dos por molécula) + London | |
| 20 | polar | enlaces de hidrógeno + London | |
| 36,5 | polar | dipolo-dipolo + London | |
| 71 | apolar | solo London |
En el HF el hidrógeno está unido al flúor, el elemento más electronegativo y muy pequeño: el enlace H–F es muy polar y el H de una molécula se une al F de la vecina mediante enlaces de hidrógeno. El cloro es menos electronegativo y más grande, y el HCl no forma enlaces de hidrógeno: entre sus moléculas solo hay fuerzas dipolo-dipolo y de London, mucho más débiles. Aunque el HCl tiene mayor masa molar, el enlace de hidrógeno del HF pesa mucho más y por eso hierve a temperatura mucho mayor.
b) H₂O (100 °C) frente a Cl₂ (−34 °C).
El agua es una molécula polar (angular) que forma enlaces de hidrógeno muy extensos: cada molécula tiene dos H y dos pares solitarios en el O, y puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno con sus vecinas. El es una molécula apolar (dos átomos iguales) y solo presenta fuerzas de dispersión de London. Aunque el tiene casi cuatro veces más masa molar, sus fuerzas de London son mucho más débiles que la red de enlaces de hidrógeno del agua.
c) HCl (−85 °C) frente a Cl₂ (−34 °C).
Aquí ninguna de las dos forma enlaces de hidrógeno. El HCl es polar y tiene, además de London, fuerzas dipolo-dipolo; el solo tiene London. Sin embargo, el tiene el doble de masa molar (71 frente a 36,5) y dos átomos grandes de cloro: su nube electrónica es mucho más polarizable y sus fuerzas de dispersión de London son más intensas. En este caso ese aumento de las fuerzas de London supera la pequeña contribución dipolo-dipolo del HCl (que es poco polar comparado con el HF), y el hierve a mayor temperatura.
d) Mayor punto de fusión.
Fundir también exige vencer las fuerzas intermoleculares (las del sólido), así que se espera el mismo orden que en la ebullición. La sustancia con las fuerzas intermoleculares más intensas es el agua, con su red tridimensional de enlaces de hidrógeno (el hielo): será la de mayor punto de fusión. Efectivamente, el agua funde a , mientras que el HF lo hace a unos , el a y el HCl a .
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)Fundir también exige vencer las fuerzas intermoleculares (las del sólido), así que se espera el mismo orden que en la ebullición. La sustancia con las fuerzas intermoleculares más intensas es el agua, con su red tridimensional de enlaces de hidrógeno (el hielo): será la de mayor punto de fusión. Efectivamente, el agua funde a , mientras que el HF lo hace a unos , el a y el HCl a .
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Consejo
Al hervir una sustancia molecular no se rompe el enlace covalente: decir que el HF hierve más alto «porque el enlace H–F es más fuerte» es un error que penaliza todo el apartado.
El apartado c) es la trampa: polar no siempre significa mayor punto de ebullición. Si no hay enlace de hidrógeno, compara también las masas molares (fuerzas de London).
Paso 1 de 3
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