Fuerzas intermoleculares y propiedades

a) Mayor punto de ebullición: el $\text{HF}$.

Los dos son moléculas polares, pero solo el fluoruro de hidrógeno cumple las condiciones del enlace de hidrógeno: hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y pequeño, con pares solitarios disponibles.$$\chi(\text{F}) = 4{,}0 \qquad \chi(\text{Cl}) = 3{,}0$$El enlace $\text{H}\!-\!\text{F}$ está mucho más polarizado y el flúor es lo bastante pequeño para que la interacción sea intensa. El $\text{HCl}$, en cambio, solo presenta fuerzas dipolo-dipolo moderadas y de London.$$T_{\text{eb}}(\text{HF}) = 19{,}5\ ^\circ\text{C} \;\gg\; T_{\text{eb}}(\text{HCl}) = -85\ ^\circ\text{C}$$Más de cien grados de diferencia, a pesar de que el $\text{HCl}$ tiene casi el doble de masa molar ($36{,}5$ frente a $20$). Es la anomalía característica de los hidruros del F, el O y el N.

b) Mayor punto de ebullición: el $\text{Br}_2$.

Ambas moléculas son diatómicas homonucleares, es decir, completamente apolares: entre ellas solo actúan fuerzas de dispersión de London.

La intensidad de esas fuerzas depende de la polarizabilidad, es decir, de lo fácil que sea deformar la nube electrónica para generar dipolos instantáneos. Y eso crece con el número de electrones y el tamaño:$$\text{H}_2: \; 2\ e^- , \; M = 2 \qquad \text{Br}_2: \; 70\ e^- , \; M = 160$$$$T_{\text{eb}}(\text{Br}_2) = 59\ ^\circ\text{C} \;\ggg\; T_{\text{eb}}(\text{H}_2) = -253\ ^\circ\text{C}$$A temperatura ambiente el bromo es líquido (es, junto con el mercurio, uno de los dos únicos elementos líquidos en esas condiciones) y el hidrógeno, un gas que solo licua a unos $20$ K, apenas veinte grados por encima del cero absoluto.

c) Mayor punto de ebullición: el $\text{CH}_3\text{CH}_3$ (etano).

Los dos son hidrocarburos saturados y apolares (los enlaces $\text{C}\!-\!\text{H}$ apenas están polarizados y la simetría cancela cualquier dipolo residual), así que de nuevo solo hay fuerzas de London.

El etano tiene el doble de carbonos, más electrones y mayor superficie de contacto entre moléculas:$$\text{CH}_4: \; M = 16 \qquad \text{CH}_3\text{CH}_3: \; M = 30$$$$T_{\text{eb}}(\text{CH}_3\text{CH}_3) = -89\ ^\circ\text{C} \;>\; T_{\text{eb}}(\text{CH}_4) = -161\ ^\circ\text{C}$$Es la tendencia general de la serie de los alcanos: cuanto más larga es la cadena, mayores son sus puntos de fusión y ebullición. Por eso los primeros son gases (metano a butano), los siguientes líquidos (gasolinas) y los de cadena muy larga, sólidos (parafinas).