QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Problema resuelto de Química: Fuerzas intermoleculares y propiedadesSelectividad (PAU) · País Vasco 2021 · Julio

Enunciado

Seleccionar razonadamente de entre las siguientes sustancias:

\text{Li},\quad \text{CH}_4,\quad \text{NH}_3,\quad \text{H}_2\text{O},\quad \text{LiF},\quad \text{Ne}

a) Dos compuestos que forman enlaces de hidrógeno. (0,5 puntos)

b) Los dos compuestos con los menores puntos de ebullición. (0,5 puntos)

c) Dos compuestos conductores de la electricidad en estado líquido. (0,5 puntos)

Datos (de la tabla del examen): números atómicos: H (Z = 1); Li (Z = 3); C (Z = 6); N (Z = 7); O (Z = 8); F (Z = 9); Ne (Z = 10).

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Resultado

\text{NH}_3

\text{H}_2\text{O}

: H unido a N u O, muy electronegativos y con pares libres.

b) Ne y

\text{CH}_4

: solo fuerzas de dispersión, muy débiles.

c) Li (electrones deslocalizados del metal) y LiF (iones móviles cuando está fundido).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Lo primero es clasificar cada sustancia por su tipo de enlace, porque de él dependen sus propiedades:

Li: metal (enlace metálico).
$\text{CH}_4$ , $\text{NH}_3$ , $\text{H}_2\text{O}$ : sustancias moleculares (enlaces covalentes dentro de la molécula y fuerzas intermoleculares entre moléculas).
LiF: compuesto iónico (red cristalina de $\text{Li}^+$ y $\text{F}^-$ ).
Ne: gas noble, átomos sueltos unidos solo por fuerzas de dispersión.

Con esa clasificación, cada apartado se responde mirando qué fuerzas hay entre las partículas.

Desarrollo

a) Enlaces de hidrógeno. Se forman entre moléculas en las que el hidrógeno está unido a un átomo muy electronegativo y pequeño (F, O o N) con pares de electrones libres. La electronegatividad aumenta en el periodo:

\chi(\text{C}) < \chi(\text{N}) < \chi(\text{O})

En el $\text{CH}_4$ el enlace C–H es casi apolar y el carbono no tiene pares libres: no forma enlaces de hidrógeno.
En el $\text{NH}_3$ (enlaces N–H, un par libre en el N) y en el $\text{H}_2\text{O}$ (enlaces O–H, dos pares libres en el O) el hidrógeno queda con una carga parcial positiva grande y puede unirse al par libre del N o del O de una molécula vecina.

Los dos que forman enlaces de hidrógeno son el

\text{NH}_3

y el

\text{H}_2\text{O}

.

b) Menores puntos de ebullición. Hierven más fácilmente las sustancias cuyas partículas se atraen más débilmente.

Li (enlace metálico) y LiF (red iónica) son sólidos a temperatura ambiente, con puntos de ebullición muy altos.
$\text{NH}_3$ y $\text{H}_2\text{O}$ tienen enlaces de hidrógeno, fuerzas intermoleculares relativamente intensas.
$\text{CH}_4$ es una molécula apolar y el Ne un átomo de gas noble ( $1s^2\,2s^2\,2p^6$ , capa completa): entre sus partículas solo hay fuerzas de dispersión de London, muy débiles y además pequeñas porque tienen pocos electrones.

Los dos de menor punto de ebullición son el Ne (

-246\ ^\circ\text{C}

) y el $\text{CH}_4$ (

-162\ ^\circ\text{C}

).

c) Conductores en estado líquido. Para conducir hacen falta cargas que se puedan mover.

El Li es un metal: sus electrones de valencia ( $1s^2\,2s^1$ , el $2s$ ) forman un «mar» de electrones deslocalizados que se mueven libremente, en sólido y fundido.
El LiF es iónico: el Li cede su electrón al F y quedan $\text{Li}^+$ ( $1s^2$ ) y $\text{F}^-$ ( $1s^2\,2s^2\,2p^6$ ), con configuración de gas noble. En el sólido los iones están fijos en la red y no conduce, pero fundido los iones se mueven y conduce.
Las sustancias moleculares y el neón no tienen cargas libres y no conducen.

Los dos conductores en estado líquido son Li y LiF. (El litio es un elemento, no un compuesto, aunque el enunciado hable de «compuestos»; es la respuesta que se pide.)

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

Empieza siempre clasificando cada sustancia: metal, iónica, molecular o atómica. En c) no basta con decir «el LiF es iónico»: hay que explicar que conduce fundido porque los iones quedan libres, y que en estado sólido no conduce. Y en b) recuerda que el $\text{CH}_4$ no forma enlaces de hidrógeno aunque tenga hidrógenos: el carbono no es lo bastante electronegativo.