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Problema resuelto de Química: Fuerzas intermoleculares y propiedadesSelectividad (PAU) · País Vasco 2020 · Julio (extraordinaria)

También trata: Enlace químico y geometría molecular
País Vasco · 2020 · Julio (extraordinaria)
Enunciado
Considerando las siguientes sustancias: K, NH3\text{NH}_3, Ne, CaCl2\text{CaCl}_2.

a) ¿Cuáles estarán formadas por moléculas o átomos aislados, enlaces metálicos, enlaces de hidrógeno y redes cristalinas a temperatura ambiente? Razonar. (0,5 puntos)

b) Asociar a cada sustancia una de estas temperaturas de fusión. Razonar. −248 ∘C-248\ ^\circ\text{C}, 64 ∘C64\ ^\circ\text{C}, 782 ∘C782\ ^\circ\text{C}, −78 ∘C-78\ ^\circ\text{C} (0,5 puntos)

c) ¿Cuáles serán conductoras en estado líquido? Razonar. (0,5 puntos)
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Resultado
a) K: enlace metálico (red metálica); NH3\text{NH}_3: moléculas aisladas con enlaces de hidrógeno entre ellas; Ne: átomos aislados; CaCl2\text{CaCl}_2: red cristalina iónica.

b) Ne: −248 °C; NH3\text{NH}_3: −78 °C; K: 64 °C; CaCl2\text{CaCl}_2: 782 °C.

c) Conducen en estado líquido el K (electrones libres) y el CaCl2\text{CaCl}_2 (iones móviles); el NH3\text{NH}_3 y el Ne no.
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Estrategia

Todo se deduce del tipo de enlace de cada sustancia: el potasio es un metal (enlace metálico), el amoníaco es una molécula covalente polar con enlaces N–H (enlaces de hidrógeno entre moléculas), el neón es un gas noble (átomos sueltos unidos solo por fuerzas de dispersión) y el cloruro de calcio es un compuesto iónico (red cristalina de iones).

Con eso se ordenan los puntos de fusión (cuanto más fuertes las fuerzas que hay que romper, más alto) y se ve cuáles tienen cargas que se puedan mover al fundirse.
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Desarrollo

a) Tipo de enlace y estructura
  • K: metal del grupo 1. Sus átomos se unen por enlace metálico: una red de cationes K+\text{K}^+ en un «mar» de electrones de valencia deslocalizados. Es un sólido a temperatura ambiente.
  • NH3\text{NH}_3: enlaces covalentes N–H dentro de la molécula. Se presenta como moléculas aisladas (es un gas a temperatura ambiente), y entre ellas hay enlaces de hidrógeno, porque el H está unido a un átomo pequeño y muy electronegativo (N) con un par libre.
  • Ne: gas noble, con la capa de valencia completa. No forma enlaces: son átomos aislados unidos solo por fuerzas de dispersión de London muy débiles.
  • CaCl2\text{CaCl}_2: metal y no metal con gran diferencia de electronegatividad: enlace iónico. Forma una red cristalina de iones Ca2+\text{Ca}^{2+} y Cl−\text{Cl}^-. Es un sólido.
b) Puntos de fusión

Para fundir hay que vencer las fuerzas que mantienen unidas las partículas; cuanto más intensas, más alto el punto de fusión:
  • Ne → −248 ∘C-248\ ^\circ\text{C}: solo fuerzas de dispersión entre átomos pequeños; son las más débiles.
  • NH3\text{NH}_3 → −78 ∘C-78\ ^\circ\text{C}: moléculas pequeñas, pero con enlaces de hidrógeno, más fuertes que la dispersión del neón.
  • K → 64 ∘C64\ ^\circ\text{C}: el enlace metálico del potasio es débil para un metal (un solo electrón de valencia y átomo grande), pero más fuerte que las fuerzas intermoleculares.
  • CaCl2\text{CaCl}_2 → 782 ∘C782\ ^\circ\text{C}: hay que romper una red de iones con cargas +2 y −1 unidos por fuerzas electrostáticas intensas (energía reticular alta).
c) Conductividad en estado líquido

Para conducir la corriente hacen falta cargas libres que se puedan desplazar:
  • K: conduce, tanto sólido como líquido, gracias a sus electrones deslocalizados.
  • CaCl2\text{CaCl}_2: fundido conduce, porque los iones Ca2+\text{Ca}^{2+} y Cl−\text{Cl}^- quedan libres para moverse (en estado sólido, no).
  • NH3\text{NH}_3 y Ne: no conducen; están formados por moléculas o átomos neutros, sin cargas libres.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

En las cuestiones de propiedades, empieza siempre diciendo qué tipo de enlace tiene cada sustancia: el resto (fusión, conductividad, solubilidad) se razona a partir de ahí. Y distingue bien: un compuesto iónico conduce fundido o disuelto, pero no en estado sólido.
Paso 1 de 3
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