QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

También trata: Enlace químico y geometría molecular
Castilla-La Mancha · 2020 · Julio
Enunciado
Para las siguientes sustancias: Br2\text{Br}_2, NaCl\text{NaCl}, H2O\text{H}_2\text{O} y Fe\text{Fe}:

a) Explicar el tipo de enlace que presentan.

b) Indicar el tipo de interacción que debe romperse para fundir cada compuesto.

c) ¿Cuál de ellas tendrá un menor punto de fusión?

d) Razonar qué compuesto(s) conducirá(n) la corriente en estado sólido, cuál(es) lo hará(n) en estado fundido y cuál(es) no conducirá(n) la corriente eléctrica en ningún caso.
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Resultado
  • a) Br2\text{Br}_2 covalente apolar; NaCl\text{NaCl} iónico; H2O\text{H}_2\text{O} covalente polar; Fe\text{Fe} metálico.
  • b) Fuerzas de dispersión, enlace iónico, enlaces de hidrógeno y enlace metálico.
  • c) El Br2\text{Br}_2.
  • d) Sólido: Fe; fundido: NaCl (y Fe); nunca: Br2\text{Br}_2 y H2O\text{H}_2\text{O}.
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Estrategia

Clasificamos cada sustancia por los elementos que la forman: dos no metales iguales (covalente apolar), metal con no metal (iónico), no metales distintos con mucha diferencia de electronegatividad (covalente polar) y un metal solo (metálico).

Para fundir hay que vencer lo que mantiene unidas las partículas del sólido: en las sustancias moleculares son fuerzas entre moléculas (débiles), no los enlaces covalentes de dentro de cada molécula; en los sólidos iónicos y metálicos son los propios enlaces de la red. De ahí salen el punto de fusión y la conductividad: para conducir hacen falta cargas que se puedan mover.
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Desarrollo

a) Tipo de enlace.
  • Br2\text{Br}_2: covalente apolar. Dos átomos iguales de bromo comparten un par de electrones; como tienen la misma electronegatividad, el enlace no es polar. Forma moléculas discretas.
  • NaCl\text{NaCl}: iónico. El sodio (metal, baja energía de ionización) cede un electrón al cloro (no metal, alta afinidad electrónica): se forman iones Na+\text{Na}^+ y Cl−\text{Cl}^- que se atraen electrostáticamente y se ordenan en una red cristalina.
  • H2O\text{H}_2\text{O}: covalente polar. El O comparte un par de electrones con cada H; por la gran diferencia de electronegatividad los enlaces son muy polares y, como la molécula es angular, es polar. Forma moléculas discretas.
  • Fe\text{Fe}: metálico. Una red de cationes de hierro rodeada de electrones de valencia deslocalizados (el «mar de electrones») que los mantiene unidos.
b) Qué hay que romper para fundir.
SustanciaInteracción que se rompe al fundir
Br2\text{Br}_2Fuerzas de Van der Waals de dispersión (London) entre moléculas
NaCl\text{NaCl}Enlace iónico: atracciones electrostáticas entre los iones de la red
H2O\text{H}_2\text{O}Enlaces de hidrógeno entre moléculas (y fuerzas dipolo-dipolo)
Fe\text{Fe}Enlace metálico (parcialmente: en el líquido los iones ya se desplazan)
En el Br2\text{Br}_2 y el H2O\text{H}_2\text{O} no se rompen los enlaces covalentes: la molécula se conserva entera al fundir.

c) Menor punto de fusión.

El Br2\text{Br}_2. Sus moléculas solo se atraen mediante fuerzas de dispersión, las más débiles de las cuatro interacciones de la tabla (el enlace de hidrógeno del agua es más fuerte, y el iónico y el metálico mucho más). De hecho, el bromo es líquido a temperatura ambiente: funde a unos −7 ∘C-7\,^\circ\text{C}, frente a 0 ∘C0\,^\circ\text{C} del agua, 801 ∘C801\,^\circ\text{C} del NaCl\text{NaCl} y unos 1538 ∘C1538\,^\circ\text{C} del hierro.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
d) Conductividad eléctrica.
  • En estado sólido conduce solo el Fe\text{Fe}: sus electrones deslocalizados se mueven libremente por la red.
  • En estado fundido conducen el NaCl\text{NaCl} (y también el hierro, que sigue siendo metálico): al fundir, los iones Na+\text{Na}^+ y Cl−\text{Cl}^- quedan libres para desplazarse. En el sólido el NaCl\text{NaCl} no conduce porque los iones están fijos en la red.
  • No conducen en ningún caso el Br2\text{Br}_2 ni el H2O\text{H}_2\text{O}: son sustancias moleculares sin iones ni electrones libres (el agua pura tiene una conductividad despreciable; si conduce es por las sales disueltas).
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Consejo

Al fundir una sustancia molecular no se rompen sus enlaces covalentes, sino las fuerzas entre moléculas: decir que «al fundir el agua se rompen los enlaces O−H» es un error que penaliza.

En conductividad distingue siempre sólido y fundido: los compuestos iónicos solo conducen cuando sus iones pueden moverse (fundidos o disueltos).
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