QuímicaMedio2,5 pts

Enlace químico y geometría molecular

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades
Castilla y León · 2019 · Junio · Opción A
Enunciado
En función del tipo de enlace o fuerza intermolecular explique por qué:

a) (0,6 puntos) El agua es líquida a temperatura ambiente y el H2S\text{H}_2\text{S} es un gas.

b) (0,6 puntos) El yodo (I2\text{I}_2) es sólido y el flúor (F2\text{F}_2) es un gas.

c) (0,7 puntos) La energía reticular del NaCl\text{NaCl} es menor que la del MgCl2\text{MgCl}_2.

d) (0,6 puntos) El plomo es conductor de la electricidad, mientras el diamante no lo es.
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Resultado
  • a) El agua forma enlaces de hidrógeno; el H2S\text{H}_2\text{S} solo fuerzas de Van der Waals, más débiles.
  • b) Ambos solo tienen fuerzas de London, mucho mayores en el I2\text{I}_2 (más grande y polarizable).
  • c) El Mg2+\text{Mg}^{2+} tiene más carga y menor radio que el Na+\text{Na}^+: atracción más intensa.
  • d) El Pb tiene electrones deslocalizados (enlace metálico); en el diamante están localizados en enlaces covalentes.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Cada apartado se explica con un tipo de unión distinto:
  • a) y b): son sustancias moleculares, así que su estado a temperatura ambiente depende de la intensidad de las fuerzas intermoleculares (enlace de hidrógeno, dipolo-dipolo, dispersión de London).
  • c): la energía reticular de un sólido iónico crece con la carga de los iones y disminuye con la distancia entre ellos (ley de Coulomb).
  • d): la conductividad exige cargas que se puedan mover; el enlace metálico las tiene y el sólido covalente no.
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Desarrollo

a) H2O\text{H}_2\text{O} líquida y H2S\text{H}_2\text{S} gas

Las dos moléculas son angulares y polares, con un átomo central del grupo 16. La diferencia está en ese átomo:
  • En el agua, el H está unido al oxígeno, un átomo pequeño, muy electronegativo y con dos pares solitarios. Entre molécula y molécula se forman enlaces de hidrógeno O–H⋯O\text{O–H}\cdots\text{O}, la fuerza intermolecular más intensa.
  • El azufre es bastante menos electronegativo y más grande que el oxígeno: el enlace S–H\text{S–H} apenas está polarizado y el H no queda con carga parcial suficiente. El H2S\text{H}_2\text{S} no forma enlaces de hidrógeno; entre sus moléculas solo hay fuerzas de Van der Waals (dipolo-dipolo débiles y de dispersión de London).
Separar moléculas unidas por enlaces de hidrógeno cuesta mucha más energía: el agua hierve a 100 ∘C100\ ^\circ\text{C} y es líquida a temperatura ambiente, mientras que el H2S\text{H}_2\text{S}, aunque tiene mayor masa molar, hierve a unos −60 ∘C-60\ ^\circ\text{C} y es un gas.

b) I2\text{I}_2 sólido y F2\text{F}_2 gas

Ambas son moléculas diatómicas apolares (dos átomos iguales): entre ellas solo actúan fuerzas de dispersión de London, debidas a dipolos instantáneos.

La intensidad de estas fuerzas crece con el tamaño de la nube electrónica (su polarizabilidad), es decir, con el tamaño y la masa molar de la molécula:
MoléculaElectronesMasa molarEstado a 25 °C
F2\text{F}_21838,0 g/mol38{,}0\ \text{g/mol}gas
I2\text{I}_2106253,8 g/mol253{,}8\ \text{g/mol}sólido
La nube electrónica del I2\text{I}_2, grande y lejana a los núcleos, se deforma con facilidad: sus fuerzas de London son mucho más intensas que las del F2\text{F}_2 y bastan para mantenerlo sólido a temperatura ambiente.

c) Energía reticular del NaCl\text{NaCl} frente a la del MgCl2\text{MgCl}_2

La energía reticular es la energía que se desprende al formarse un mol de sólido iónico a partir de sus iones en estado gaseoso. Según la ley de Coulomb (y la ecuación de Born-Landé), su valor absoluto es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional a la distancia entre los iones:∣U∣∝∣q+∣ ∣q−∣r++r−|U| \propto \frac{|q_+|\,|q_-|}{r_+ + r_-}Los dos compuestos tienen el mismo anión, Cl−\text{Cl}^-, así que se comparan los cationes:
  • Carga: el Mg2+\text{Mg}^{2+} tiene carga doble que el Na+\text{Na}^+.
  • Radio: los dos son isoelectrónicos (configuración 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6), pero el magnesio tiene un protón más (Z=12Z = 12 frente a Z=11Z = 11), atrae con más fuerza la misma nube electrónica y es más pequeño (r(Mg2+)≈72 pmr(\text{Mg}^{2+}) \approx 72\ \text{pm}, r(Na+)≈102 pmr(\text{Na}^+) \approx 102\ \text{pm}).
Mayor carga y menor distancia: la atracción es mucho más intensa en el MgCl2\text{MgCl}_2 y su energía reticular es mayor en valor absoluto (unos 2526 kJ/mol2526\ \text{kJ/mol} frente a 787 kJ/mol787\ \text{kJ/mol} del NaCl\text{NaCl}). El enunciado compara valores absolutos: si se expresan con signo negativo, como energía desprendida (−787-787 frente a −2526 kJ/mol-2526\ \text{kJ/mol}), la del MgCl2\text{MgCl}_2 es la más negativa.

d) Plomo conductor, diamante aislante
  • El plomo es un metal: sus átomos ceden los electrones de valencia a una nube común («mar de electrones») que envuelve a los cationes de plomo, fijos y ordenados en la red. Esos electrones están deslocalizados y se desplazan con libertad al aplicar una diferencia de potencial: el plomo conduce la electricidad.
  • El diamante es un sólido covalente (red cristalina covalente): cada átomo de carbono, con hibridación sp3sp^3, forma cuatro enlaces covalentes σ\sigma con otros cuatro carbonos en disposición tetraédrica. Todos los electrones de valencia están localizados en esos enlaces y no hay cargas libres que puedan moverse: es aislante.
(Por contraste, el grafito, otra forma del carbono, sí conduce: cada C forma solo tres enlaces y le queda un electrón deslocalizado entre las láminas.)
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Consejo

En las preguntas de «explique por qué» no basta con nombrar la fuerza: di qué la causa (el O es pequeño y muy electronegativo) y qué consecuencia tiene (cuesta más separar las moléculas, mayor punto de ebullición). Esa cadena causa → fuerza → propiedad es lo que puntúa.

En c), cuidado con el signo: si das la energía reticular como negativa, «menor» y «mayor» se invierten. Aclara siempre que comparas valores absolutos.
Paso 1 de 3
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